變焦系統的案例
OCAD應用：連續變焦光學系統總體布局設計（二）
一、初始結構的繪制
1、目標在無限遠的連續變焦系統
目標在無限遠的連續變焦系統，也叫連續變倍系統。是指通過系統的各個活動組分的移動改變系統焦距，以實現系統放大倍率的系統。連續變倍的光學系統根據系統可移動的變焦組好補償組的數量不同，可分為三組元、四組元、五組元以及二組元等各種不同形式。先以三組元連續變焦系統為例介紹其指定設計方法。
三組元連續變焦系統在進行連續變焦光學系統設計之前，首先在“一般光學系統總體布局設計”的界面上做所需連續變焦光學系統基本結構的布局。布局時必須給定前固定組的焦距值，前固定組可以是一個單一組元，也可以為一組復合結構形式。對于其中變焦組、補償組以及后固定組的焦距值有待于下面求解，可以暫時賦予其焦距值為零，透鏡間隔可以隨意。如圖1所示。
圖1.連續變焦系統布局初步設計
如果前固定組是一個多組元組成的復合結構前固定組，還需在變焦組的“空氣間隔”右側的特性欄內利用下拉式菜單選擇“變焦變量“Z”，如圖。此外還必須指定光欄位置，一般都設置在后固定組位置，以便使用固定光欄，確保系統相對孔徑（F數）值穩定。
圖2.指定前固定組位置
在利用一般光學系統基本結構布局界面布局完畢，即可利用界面內“系統類型”，點擊默認為“一般光學系統”的下拉式菜單，其中顯示多種不同光學系統結構形式，選擇“連續變焦系統” 同時在右側顯示下拉菜單以便選擇變焦系統類型，其中包括三組元變焦、四組元變焦、雙組聯動變焦、線性雙組聯動變焦、五組元變焦以及二組元變焦等各種形式。此時現在需要的結構形式，比如三組元變焦。界面如下圖3所示。
圖3.連續變焦光學系統布局設計（1）
此外，界面上還會顯示連續變焦系統的可選方框。在此框內可以根據設計要求填寫變焦系統的變焦比、系統最小間距以及各組分間最小間隔距離等。
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一、 初始結構的繪制
1、目標在無限遠的連續變焦系統
目標在無限遠的連續變焦系統，也叫連續變倍系統。是指通過系統的各個活動組分的移動改變系統焦距，以實現系統放大倍率的系統。連續變倍的光學系統根據系統可移動的變焦組好補償組的數量不同，可分為三組元、四組元、五組元以及二組元等各種不同形式。先以三組元連續變焦系統為例介紹其指定設計方法。
三組元連續變焦系統在進行連續變焦光學系統設計之前，首先在“一般光學系統總體布局設計”的界面上做所需連續變焦光學系統基本結構的布局。布局時必須給定前固定組的焦距值，前固定組可以是一個單一組元，也可以為一組復合結構形式。對于其中變焦組、補償組以及后固定組的焦距值有待于下面求解，可以暫時賦予其焦距值為零，透鏡間隔可以隨意。如圖1所示。
圖1.連續變焦系統布局初步設計
如果前固定組是一個多組元組成的復合結構前固定組，還需在變焦組的“空氣間隔”右側的特性欄內利用下拉式菜單選擇“變焦變量“Z”，如圖。此外還必須指定光欄位置，一般都設置在后固定組位置，以便使用固定光欄，確保系統相對孔徑（F數）值穩定。
圖2.指定前固定組位置
在利用一般光學系統基本結構布局界面布局完畢，即可利用界面內“系統類型”，點擊默認為“一般光學系統”的下拉式菜單，其中顯示多種不同光學系統結構形式，選擇“連續變焦系統” 同時在右側顯示下拉菜單以便選擇變焦系統類型，其中包括三組元變焦、四組元變焦、雙組聯動變焦、線性雙組聯動變焦、五組元變焦以及二組元變焦等各種形式。此時現在需要的結構形式，比如三組元變焦。界面如下圖3所示。
展開 OCAD應用：四組元連續變焦系統
四組元連續變焦系統是在三組元連續變焦系統的基礎上增加了一個變焦組分擔系統像面位移，由兩個變焦組一個補償組，再加一個前固定組和后固定組組成。兩個變焦組可以接連在一起，第二個變焦組固定不動，也可稱為中固定組，雖然不動，也起著變焦組的功能。后面是補償組。系統前固定組、前變焦組、中固定組、補償組以及后固定組的光焦度正負相間排列。此類變焦系統實際是一種四組元兩組移動的結構形式。由于四組元連續變焦系統有兩個變焦組，可以減輕補償組的負擔，減緩補償組凸輪曲線的陡度趨于平滑，可以進一步提高系統變焦比。
如果第二變焦組也可以沿軸向運動，補償組位于兩變焦組之間，是四組元三組移動形式的機械補償式連續變焦系統。該結構形式往往把兩個變焦組固聯在一起，稱為四組分雙組聯動式變焦系統。
① 外形尺寸自動計算
在選擇“設計”菜單中的“變焦系統高斯計算”后，會出現一個如圖1的小窗體。窗體中央顯示了四組元二移動連續變焦系統的結構式意圖，下面表格給出系統的特征數據列表，左上方有下拉式文本框選擇設計計算以前固定組還是以后固定組為基礎。根據前固定組求解是已知前固定組焦距值出發計算系統外形尺寸數據，反之是從后固定組焦距值出發計算系統外形尺寸數據。按表中內容填寫完畢，四組元連續變焦系統的外形尺寸計算工作立即自動完成。此時如果選擇工具條上“圖文”按鈕就會顯示系統外形尺寸計算結構數據，如圖2。
圖1.變焦系統高斯計算窗體
圖2.外形尺寸計算數據
對于四組元連續變焦系統，由于變焦組的分離，不存在換根以及物象交換原則的選擇。運動曲線只有線性運動與非線性運動的選擇。
如果選擇工具條上“動畫”按鈕還可以顯示系統變焦運動的動畫效果。如圖3。
圖3.變焦系統變焦運動動畫
② 初級像差系數自動平衡
完成外形尺寸計算后就可以接著進行系統初級像差的平衡優化設計。
展開 OCAD應用：四組元連續變焦系統
四組元連續變焦系統是在三組元連續變焦系統的基礎上增加了一個變焦組分擔系統像面位移，由兩個變焦組一個補償組，再加一個前固定組和后固定組組成。兩個變焦組可以接連在一起，第二個變焦組固定不動，也可稱為中固定組，雖然不動，也起著變焦組的功能。后面是補償組。系統前固定組、前變焦組、中固定組、補償組以及后固定組的光焦度正負相間排列。此類變焦系統實際是一種四組元兩組移動的結構形式。由于四組元連續變焦系統有兩個變焦組，可以減輕補償組的負擔，減緩補償組凸輪曲線的陡度趨于平滑，可以進一步提高系統變焦比。
如果第二變焦組也可以沿軸向運動，補償組位于兩變焦組之間，是四組元三組移動形式的機械補償式連續變焦系統。該結構形式往往把兩個變焦組固聯在一起，稱為四組分雙組聯動式變焦系統。
① 外形尺寸自動計算
在選擇“設計”菜單中的“變焦系統高斯計算”后，會出現一個如圖1的小窗體。窗體中央顯示了四組元二移動連續變焦系統的結構式意圖，下面表格給出系統的特征數據列表，左上方有下拉式文本框選擇設計計算以前固定組還是以后固定組為基礎。根據前固定組求解是已知前固定組焦距值出發計算系統外形尺寸數據，反之是從后固定組焦距值出發計算系統外形尺寸數據。按表中內容填寫完畢，四組元連續變焦系統的外形尺寸計算工作立即自動完成。此時如果選擇工具條上“圖文”按鈕就會顯示系統外形尺寸計算結構數據，如圖2。
圖1.變焦系統高斯計算窗體
圖2.外形尺寸計算數據
對于四組元連續變焦系統，由于變焦組的分離，不存在換根以及物象交換原則的選擇。運動曲線只有線性運動與非線性運動的選擇。
如果選擇工具條上“動畫”按鈕還可以顯示系統變焦運動的動畫效果。如圖3。
圖3.變焦系統變焦運動動畫
② 初級像差系數自動平衡
完成外形尺寸計算后就可以接著進行系統初級像差的平衡優化設計。
展開 
OCAD應用：四組元連續變焦系統
四組元連續變焦系統是在三組元連續變焦系統的基礎上增加了一個變焦組分擔系統像面位移，由兩個變焦組一個補償組，再加一個前固定組和后固定組組成。兩個變焦組可以接連在一起，第二個變焦組固定不動，也可稱為中固定組，雖然不動，也起著變焦組的功能。后面是補償組。系統前固定組、前變焦組、中固定組、補償組以及后固定組的光焦度正負相間排列。此類變焦系統實際是一種四組元兩組移動的結構形式。由于四組元連續變焦系統有兩個變焦組，可以減輕補償組的負擔，減緩補償組凸輪曲線的陡度趨于平滑，可以進一步提高系統變焦比。
如果第二變焦組也可以沿軸向運動，補償組位于兩變焦組之間，是四組元三組移動形式的機械補償式連續變焦系統。該結構形式往往把兩個變焦組固聯在一起，稱為四組分雙組聯動式變焦系統。
① 外形尺寸自動計算
在選擇“設計”菜單中的“變焦系統高斯計算”后，會出現一個如圖1的小窗體。窗體中央顯示了四組元二移動連續變焦系統的結構式意圖，下面表格給出系統的特征數據列表，左上方有下拉式文本框選擇設計計算以前固定組還是以后固定組為基礎。根據前固定組求解是已知前固定組焦距值出發計算系統外形尺寸數據，反之是從后固定組焦距值出發計算系統外形尺寸數據。按表中內容填寫完畢，四組元連續變焦系統的外形尺寸計算工作立即自動完成。此時如果選擇工具條上“圖文”按鈕就會顯示系統外形尺寸計算結構數據，如圖2。
圖1.變焦系統高斯計算窗體
圖2.外形尺寸計算數據
對于四組元連續變焦系統，由于變焦組的分離，不存在換根以及物象交換原則的選擇。運動曲線只有線性運動與非線性運動的選擇。
如果選擇工具條上“動畫”按鈕還可以顯示系統變焦運動的動畫效果。如圖3。
圖3.變焦系統變焦運動動畫
② 初級像差系數自動平衡
完成外形尺寸計算后就可以接著進行系統初級像差的平衡優化設計。
展開 OCAD:四組元連續變焦系統
四組元連續變焦系統是在三組元連續變焦系統的基礎上增加了一個變焦組分擔系統像面位移，由兩個變焦組一個補償組，再加一個前固定組和后固定組組成。兩個變焦組可以接連在一起，第二個變焦組固定不動，也可稱為中固定組，雖然不動，也起著變焦組的功能。后面是補償組。系統前固定組、前變焦組、中固定組、補償組以及后固定組的光焦度正負相間排列。此類變焦系統實際是一種四組元兩組移動的結構形式。由于四組元連續變焦系統有兩個變焦組，可以減輕補償組的負擔，減緩補償組凸輪曲線的陡度趨于平滑，可以進一步提高系統變焦比。
如果第二變焦組也可以沿軸向運動，補償組位于兩變焦組之間，是四組元三組移動形式的機械補償式連續變焦系統。該結構形式往往把兩個變焦組固聯在一起，稱為四組分雙組聯動式變焦系統。
（1）外形尺寸自動計算
在選擇“設計”菜單中的“變焦系統高斯計算”后，會出現一個如圖1的小窗體。窗體中央顯示了四組元二移動連續變焦系統的結構式意圖，下面表格給出系統的特征數據列表，左上方有下拉式文本框選擇設計計算以前固定組還是以后固定組為基礎。根據前固定組求解是已知前固定組焦距值出發計算系統外形尺寸數據，反之是從后固定組焦距值出發計算系統外形尺寸數據。按表中內容填寫完畢，四組元連續變焦系統的外形尺寸計算工作立即自動完成。此時如果選擇工具條上“圖文”按鈕就會顯示系統外形尺寸計算結構數據，如圖2。
圖1.變焦系統高斯計算窗體
圖2.外形尺寸計算數據
對于四組元連續變焦系統，由于變焦組的分離，不存在換根以及物象交換原則的選擇。運動曲線只有線性運動與非線性運動的選擇。
如果選擇工具條上“動畫”按鈕還可以顯示系統變焦運動的動畫效果。如圖3。
圖3.變焦系統變焦運動動畫
（2）初級像差系數自動平衡
完成外形尺寸計算后就可以接著進行系統初級像差的平衡優化設計。
展開 OCAD應用：四組元連續變焦系統
四組元連續變焦系統是在三組元連續變焦系統的基礎上增加了一個變焦組分擔系統像面位移，由兩個變焦組一個補償組，再加一個前固定組和后固定組組成。兩個變焦組可以接連在一起，第二個變焦組固定不動，也可稱為中固定組，雖然不動，也起著變焦組的功能。后面是補償組。系統前固定組、前變焦組、中固定組、補償組以及后固定組的光焦度正負相間排列。此類變焦系統實際是一種四組元兩組移動的結構形式。由于四組元連續變焦系統有兩個變焦組，可以減輕補償組的負擔，減緩補償組凸輪曲線的陡度趨于平滑，可以進一步提高系統變焦比。
如果第二變焦組也可以沿軸向運動，補償組位于兩變焦組之間，是四組元三組移動形式的機械補償式連續變焦系統。該結構形式往往把兩個變焦組固聯在一起，稱為四組分雙組聯動式變焦系統。
① 外形尺寸自動計算
在選擇“設計”菜單中的“變焦系統高斯計算”后，會出現一個如圖1的小窗體。窗體中央顯示了四組元二移動連續變焦系統的結構式意圖，下面表格給出系統的特征數據列表，左上方有下拉式文本框選擇設計計算以前固定組還是以后固定組為基礎。根據前固定組求解是已知前固定組焦距值出發計算系統外形尺寸數據，反之是從后固定組焦距值出發計算系統外形尺寸數據。按表中內容填寫完畢，四組元連續變焦系統的外形尺寸計算工作立即自動完成。此時如果選擇工具條上“圖文”按鈕就會顯示系統外形尺寸計算結構數據，如圖2。
圖1.變焦系統高斯計算窗體
圖2.外形尺寸計算數據
對于四組元連續變焦系統，由于變焦組的分離，不存在換根以及物象交換原則的選擇。運動曲線只有線性運動與非線性運動的選擇。
如果選擇工具條上“動畫”按鈕還可以顯示系統變焦運動的動畫效果。如圖3。
圖3.變焦系統變焦運動動畫
② 初級像差系數自動平衡
完成外形尺寸計算后就可以接著進行系統初級像差的平衡優化設計。
展開 OCAD應用：五組元連續變焦系統
五組元連續變焦系統實際上是在三組元系統是基礎上發展起來的兩個三組元連續變焦系統的疊加。前后兩個三組元參數分配一樣，兩個變焦組和連個補償組分別固聯在一起，按統一規律運動。系統結構也比較簡單。由于是兩個系統的疊加，因此其變焦范圍可以按平方關系擴大而不影響補償曲線的過度彎曲。但畢竟復雜了變焦組結構，對系統像差平衡有一定緩和作用。本軟件包根據這些設計方法進行全面初始結構設計。從系統外形尺寸自動計算到初級像差系數的自動平衡，甚至可以從自動選玻璃到解出各組分表面半徑。
圖1.變焦系統高斯計算窗體
① 外形尺寸自動計算
在選擇“設計”菜單中的“變焦系統高斯計算”后，會出現一個如圖1的小窗體。窗體中央顯示了五組元連續變焦系統的結構示意圖，下面表格給出系統的特征數據列表，左上方有下拉式文本框選擇設計計算以前固定組還是以后固定組為基礎。根據前固定組求解是已知前固定組焦距值出發計算系統外形尺寸數據，反之是從后固定組焦距值出發計算系統外形尺寸數據。按表中內容填寫完畢，五組元連續變焦系統的外形尺寸計算工作立即自動完成。此時如果
選擇工具條上“圖文”按鈕就會顯示系統外形尺寸計算結構數據，如圖2。
圖2.外形尺寸計算數據
如果選擇工具條上“動畫”按鈕還可以顯示系統變焦運動的動畫效果。如圖3。
圖3.變焦系統變焦運動動畫
圖4.填寫初級像差系數
② 初級像差系數自動平衡
完成外形尺寸計算后就可以接著進行系統初級像差的平衡優化設計。此時按“下一步”命令鈕，窗體立即出現下一個畫面如圖5。其中列出兩個表格，一個是要求輸入各初級像差系數的目標值，另一個要求輸入系統各組元的PW參數的初始參考值及其權系數。
參加優化設計的初級像差項目可選，選擇時使用工具條上插入和刪除按鈕進行操作。
展開 OCAD應用：五組元連續變焦系統
五組元連續變焦系統實際上是在三組元系統是基礎上發展起來的兩個三組元連續變焦系統的疊加。前后兩個三組元參數分配一樣，兩個變焦組和連個補償組分別固聯在一起，按統一規律運動。系統結構也比較簡單。由于是兩個系統的疊加，因此其變焦范圍可以按平方關系擴大而不影響補償曲線的過度彎曲。但畢竟復雜了變焦組結構，對系統像差平衡有一定緩和作用。本軟件包根據這些設計方法進行全面初始結構設計。從系統外形尺寸自動計算到初級像差系數的自動平衡，甚至可以從自動選玻璃到解出各組分表面半徑。
圖1.變焦系統高斯計算窗體
①外形尺寸自動計算
在選擇“設計”菜單中的“變焦系統高斯計算”后，會出現一個如圖1的小窗體。窗體中央顯示了五組元連續變焦系統的結構示意圖，下面表格給出系統的特征數據列表，左上方有下拉式文本框選擇設計計算以前固定組還是以后固定組為基礎。根據前固定組求解是已知前固定組焦距值出發計算系統外形尺寸數據，反之是從后固定組焦距值出發計算系統外形尺寸數據。按表中內容填寫完畢，五組元連續變焦系統的外形尺寸計算工作立即自動完成。此時如果
選擇工具條上“圖文”按鈕就會顯示系統外形尺寸計算結構數據，如圖2。
圖2.外形尺寸計算數據
如果選擇工具條上“動畫”按鈕還可以顯示系統變焦運動的動畫效果。如圖3。
圖3.變焦系統變焦運動動畫
圖4.填寫初級像差系數
② 初級像差系數自動平衡
完成外形尺寸計算后就可以接著進行系統初級像差的平衡優化設計。此時按“下一步”命令鈕，窗體立即出現下一個畫面如圖5。其中列出兩個表格，一個是要求輸入各初級像差系數的目標值，另一個要求輸入系統各組元的PW參數的初始參考值及其權系數。
參加優化設計的初級像差項目可選，選擇時使用工具條上插入和刪除按鈕進行操作。
展開 OCAD:五組元連續變焦系統
五組元連續變焦系統實際上是在三組元系統是基礎上發展起來的兩個三組元連續變焦系統的疊加。前后兩個三組元參數分配一樣，兩個變焦組和連個補償組分別固聯在一起，按統一規律運動。系統結構也比較簡單。由于是兩個系統的疊加，因此其變焦范圍可以按平方關系擴大而不影響補償曲線的過度彎曲。但畢竟復雜了變焦組結構，對系統像差平衡有一定緩和作用。本軟件包根據這些設計方法進行全面初始結構設計。從系統外形尺寸自動計算到初級像差系數的自動平衡，甚至可以從自動選玻璃到解出各組分表面半徑。
圖1.變焦系統高斯計算窗體
（1）外形尺寸自動計算
在選擇“設計”菜單中的“變焦系統高斯計算”后，會出現一個如圖1的小窗體。窗體中央顯示了五組元連續變焦系統的結構示意圖，下面表格給出系統的特征數據列表，左上方有下拉式文本框選擇設計計算以前固定組還是以后固定組為基礎。根據前固定組求解是已知前固定組焦距值出發計算系統外形尺寸數據，反之是從后固定組焦距值出發計算系統外形尺寸數據。按表中內容填寫完畢，五組元連續變焦系統的外形尺寸計算工作立即自動完成。此時如果
選擇工具條上“圖文”按鈕就會顯示系統外形尺寸計算結構數據，如圖2。
圖2.外形尺寸計算數據
如果選擇工具條上“動畫”按鈕還可以顯示系統變焦運動的動畫效果。如圖3。
圖3.變焦系統變焦運動動畫
圖4.填寫初級像差系數
（2）初級像差系數自動平衡
完成外形尺寸計算后就可以接著進行系統初級像差的平衡優化設計。此時按“下一步”命令鈕，窗體立即出現下一個畫面如圖5。其中列出兩個表格，一個是要求輸入各初級像差系數的目標值，另一個要求輸入系統各組元的PW參數的初始參考值及其權系數。
參加優化設計的初級像差項目可選，選擇時使用工具條上插入和刪除按鈕進行操作。
展開 OCAD應用：五組元連續變焦系統
五組元連續變焦系統實際上是在三組元系統是基礎上發展起來的兩個三組元連續變焦系統的疊加。前后兩個三組元參數分配一樣，兩個變焦組和連個補償組分別固聯在一起，按統一規律運動。系統結構也比較簡單。由于是兩個系統的疊加，因此其變焦范圍可以按平方關系擴大而不影響補償曲線的過度彎曲。但畢竟復雜了變焦組結構，對系統像差平衡有一定緩和作用。本軟件包根據這些設計方法進行全面初始結構設計。從系統外形尺寸自動計算到初級像差系數的自動平衡，甚至可以從自動選玻璃到解出各組分表面半徑。
圖1.變焦系統高斯計算窗體
①外形尺寸自動計算
在選擇“設計”菜單中的“變焦系統高斯計算”后，會出現一個如圖1的小窗體。窗體中央顯示了五組元連續變焦系統的結構示意圖，下面表格給出系統的特征數據列表，左上方有下拉式文本框選擇設計計算以前固定組還是以后固定組為基礎。根據前固定組求解是已知前固定組焦距值出發計算系統外形尺寸數據，反之是從后固定組焦距值出發計算系統外形尺寸數據。按表中內容填寫完畢，五組元連續變焦系統的外形尺寸計算工作立即自動完成。此時如果
選擇工具條上“圖文”按鈕就會顯示系統外形尺寸計算結構數據，如圖2。
圖2.外形尺寸計算數據
如果選擇工具條上“動畫”按鈕還可以顯示系統變焦運動的動畫效果。如圖3。
圖3.變焦系統變焦運動動畫
圖4.填寫初級像差系數
② 初級像差系數自動平衡
完成外形尺寸計算后就可以接著進行系統初級像差的平衡優化設計。此時按“下一步”命令鈕，窗體立即出現下一個畫面如圖5。其中列出兩個表格，一個是要求輸入各初級像差系數的目標值，另一個要求輸入系統各組元的PW參數的初始參考值及其權系數。
展開 
OCAD應用：連續變焦光學系統總體布局設計（一）
利用OCAD光學自動設計程序設計機械補償式連續變焦光學系統自動設計，在程序內有兩個途徑，一個是在其“光學系統總體布局設計”的菜單內，另一個可在“機械補償光學系統設計”菜單內完成。二者各有不同方式和功能進行處理。在“機械補償光學系統設計”菜單內進行設計比較簡潔方便，使用“光學系統總體布局設計”菜單進行設計，是從系統總體布局角度，可以把系統設計得比較完善，可以在變焦系統的基礎上添加其他光學元件，比如轉像棱鏡，或者添加目鏡系統完成整個望遠系統的全局設計。
圖1.光學系統總體布局設計之連續變焦系統設計
機械補償式連續變焦系統又可分為目標在無限遠處或有限距離的兩種形式，對于目標在無限遠處的系統主要是對系統焦距的變化，適應于望遠系統或照相系統的變焦設計；目標在有限距離的變焦系統主要是針對顯微系統，是對系統放大率的變化設計。系統放大率還可分為角放大率和線放大率兩種形式，設計時可以自由選擇。
圖2.機械補償變焦系統設計之連續變焦系統設計
以下按照兩種不同設計菜單介紹具體操作方法。
一、連續變焦光學系統總體布局設計
“光學系統總體布局設計”的菜單是一個多功能光學系統總體布局的設計菜單，具有對各種光學系統進行總體布局設計的功能菜單。可以設計布局簡單或復雜的光學系統，比如一般共軸光學系統，可利用各種棱鏡實現光軸折轉的系統，望遠光學系統等，還可以進行各種連續或斷續變焦系統進行總體布局設計；可以進行各種掃描光學系統做總體布局設計；可以進行多光軸復雜光學系統并行共存總體布局設計。最后實現系統初始結構建模設計，為后期光學系統成像質量優化提供初始平臺。以下重點介紹連續變焦光學系統的總體布局方法。機械補償式連續變焦系統的結構形式根據系統總體性能要求，連續變焦系統的結構都必須包括前固定組、變焦組、補償組以及后固定組幾個部分組成。
展開 OCAD應用：連續變焦光學系統總體布局設計（一）
機械補償式連續變焦系統的結構形式根據系統總體性能要求，連續變焦系統的結構都必須包括前固定組、變焦組、補償組以及后固定組幾個部分組成。為了實現更強的變焦功能，可以分成三組分、四組分五組以及二組分幾種結構形式，其中四組分還可以分成一般四組分和雙軸聯動式兩種結構形式，由于四組分雙軸聯動式系統變焦組運動曲線比較平緩，在系統像面偏心允許的情況下，還可以簡化為四組元線性雙組聯動變焦系統的結構形式。
OCAD:三組元連續變焦系統
打開“機械補償變焦系統設計”命令是默認的就是三組元連續變焦系統設計如圖1。
圖1.變焦系統高斯計算窗體
以三組元變焦結構形式為例，說明機械補償式連續變焦系統設計方法。首先從中選擇“三組元變焦”，窗體上顯示三組元連續變焦光學系統的典型示意圖，下方有一些提示供填寫對系統設計要求的參數指標，其中包括一些性能指標和結構參數。性能指標包括系統最小焦距，也就是變焦的短焦焦距、系統變焦比、像面高度以及系統相對孔徑（F數）等。設計參數包括前固定組焦距以及各組分之間的高斯間隔。在選擇組分間隔時可以選擇前固定組與變焦組之間間隔，還可以選擇系統后工作距離，在滿足后工作距離條件下計算前固定組的位置距離。此外前固定組的焦距值可以選擇正值或負值。前固定組焦距為證時是負組變焦，反之為正組變焦。由于初始結構外形尺寸計算為高斯計算，即薄透鏡計算，因此在填寫各組分間隔時要為實際系統的透鏡厚度留有余量。
（1）外形尺寸自動計算
根據以上要求按表中內容填寫完畢，三組元機械補償式變焦系統的外形尺寸計算工作立即自動完成。此時如果選擇工具條上“圖文”按鈕就會顯示系統外形尺寸計算結構數據。如果選擇工具條上“動畫”按鈕還可以顯示系統變焦運動的動畫效果。如圖2和圖3。
圖2.外形尺寸計算數據
圖3.變焦系統變焦運動動畫
選擇“凸輪”即可看出該設計結果的凸輪曲線示意圖及曲線數據如圖4。
圖4.變焦系統凸輪曲線
對于目標在有限距離的光學系統，比如顯微變焦系統，可以在窗體左上角的下拉式菜單上選擇“有限距離”，此時窗體顯示如圖5。
圖5.物體在有限距離變焦系統設計示意圖
在顯示設計示意圖時，為了清楚表達物象關系，利用窗體右上方選擇按鈕可以顯示如圖5右側示意圖。其余設計與目標在無限遠一樣。
展開 打入式斷續變焦光學系統初始結構設計
打入式斷續變焦系統還分為一次性打入式斷續變焦系統和多重轉換式斷續變焦系統兩種。一次性打入式斷續變焦系統只有打入或打出兩個變焦倍率。多重轉換式斷續變焦系統可以通過多組可打入組分輪番打入（打出）獲得多個變焦倍率。
1. 一次性打入式斷續變焦系統設計
打入（出）型斷續變焦系統結構比較簡單，在不需要連續變焦時一般采用這種結構形式。在活動組打出時使用固定組，系統焦點位置穩定，瞄準精度高。打入（出）型變焦系統的活動組可以在前，相當于一個望遠系統，便于設計，但系統結構尺寸長。另一種是活動組在后，位于會聚光路中，設計時要確保像面位置不變，對系統結構精度要求高。
為了保證系統像面位置不變，活動組都由兩個組分組成，其中一個是負組分，另一個為正組分構成。在變焦過程中，整個活動組一起打入（出）以改變系統焦距。一般情況下，整個活動組固聯在一起運動，但有時出于結構的需要，比如中間插入有反射棱鏡，活動組的兩部分分別在反射棱鏡的一前一后排列也可以。
A) 會聚光路中打入型變焦系統設計
打入式斷續變焦光學系統的固定組就是一般定焦系統的物鏡，需要獨立矯正像差。活動組一般由正負兩組透鏡組成。在變焦過程中一般遵循系統相對孔徑不變原則。在分配活動組兩組透鏡的焦距時有兩種求解方法，一種是根據前活動組位置及后組位置先求出光線M1M2，很容易得到兩組份焦距值；
圖1.會聚光路中打入式工作原理圖（一）
另一方法保持兩組之間光線平行光軸，有了前組距離求得光線投射高度M1，M2=M1，這兩組的焦距也不難求解，計算方法簡單。
圖2.會聚光路中打入式工作原理圖（二）
打入式斷續變焦光學系統的設計界面如下圖所示。
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