連續變焦光學系統設計的案例
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：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?？梢?em>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）
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。
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OCAD應用：連續變焦光學系統總體布局設計（三）
一、目標在有限距離的顯微連續變焦系統
對于系統目標在有限遠的顯微系統，操作方式和前面相同。只是在建立初始數據時在參數表的物面距離上填寫系統物距值。
圖1.顯微系統連續變倍系統初始數據
然后發現界面上顯示的不是系統焦距值，而是初始放大率值以及變倍比、物面高度、像面高度、物方數值孔徑NA0、像方數值孔徑NA0以及系統最小焦距等內容。
圖2.顯微系統連續變倍系統數據填寫
此外，還有事系統物方高度和像方高度的兩種選擇，不過由于只有兩種選擇，只有點擊文字“物方高度”或“像方高度”即可真的轉換，如下圖3和圖4所示。
圖3.顯微系統物高的設計系統
圖4.顯微系統像高的設計系統
除此還由于系統是有物距的顯微系統，對系統入射光線應輸入系統數值孔徑值，這包括物方數值孔徑和像方數值孔徑兩種選擇。此時點擊“物方數值孔徑NA0”或“像方數值孔徑NA0”即可自動轉換，由于系統選用數值孔徑角度的數據，入瞳都在前表面，因此不許設置光欄位置。如下圖5和圖6所示。
圖5.顯微系統物方數值孔徑的設計系統
圖6.顯微系統像方數值孔徑的設計系統
為了顯示變焦系統的其他圖形及數據，通過工具條中“變焦”按鈕的子按鈕，如圖7-圖11所示，分別顯示系統運動曲線、變焦定格、凸輪曲線和像面位移曲線等。
圖7.顯微系統連續變焦的各種曲線圖
圖8.顯微系統連續變焦的動畫展示
圖9.顯微系統連續變焦的變焦定格
圖10.顯微系統連續變焦的凸輪曲線
圖11.顯微系統連續變焦的像面位移
展開 OCAD應用：連續變焦光學系統總體布局設計（三）
一、目標在有限距離的顯微連續變焦系統
對于系統目標在有限遠的顯微系統，操作方式和前面相同。只是在建立初始數據時在參數表的物面距離上填寫系統物距值。
圖1.顯微系統連續變倍系統初始數據
然后發現界面上顯示的不是系統焦距值，而是初始放大率值以及變倍比、物面高度、像面高度、物方數值孔徑NA0、像方數值孔徑NA0以及系統最小焦距等內容。
圖2.顯微系統連續變倍系統數據填寫
此外，還有事系統物方高度和像方高度的兩種選擇，不過由于只有兩種選擇，只有點擊文字“物方高度”或“像方高度”即可真的轉換，如下圖3和圖4所示。
圖3.顯微系統物高的設計系統
圖4.顯微系統像高的設計系統
除此還由于系統是有物距的顯微系統，對系統入射光線應輸入系統數值孔徑值，這包括物方數值孔徑和像方數值孔徑兩種選擇。此時點擊“物方數值孔徑NA0”或“像方數值孔徑NA0”即可自動轉換，由于系統選用數值孔徑角度的數據，入瞳都在前表面，因此不許設置光欄位置。如下圖5和圖6所示。
圖5.顯微系統物方數值孔徑的設計系統
圖6.顯微系統像方數值孔徑的設計系統
為了顯示變焦系統的其他圖形及數據，通過工具條中“變焦”按鈕的子按鈕，如圖7-圖11所示，分別顯示系統運動曲線、變焦定格、凸輪曲線和像面位移曲線等。
圖7.顯微系統連續變焦的各種曲線圖
圖8.顯微系統連續變焦的動畫展示
圖9.顯微系統連續變焦的變焦定格
圖10.顯微系統連續變焦的凸輪曲線
圖11.顯微系統連續變焦的像面位移
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?；顒咏M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。
展開 OCAD應用：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。圖中上半部分是物鏡的基本部分，也是相對小視場，下半部分是可以在系統內打入打出的一個活動部分。打入后系統像面位置及像面大小應該保持不變用以擴大物方視場范圍。
展開 OCAD應用：打入式斷續變焦光學系統初始結構設計
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；
A) 會聚光路中打入型變焦系統設計
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。
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。
1. 一次性打入式斷續變焦系統設計
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。
展開 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 OCAD應用：五組元連續變焦系統
利用工具條上“圖文”菜單隨時可以單獨顯示PW自動優化結果，得出系統實際像差平衡數據，最終完成五組元連續變焦系統的高斯光學設計。
圖5.PW自動優化結果
③ 機械補償式連續變焦光學系統的凸輪曲線
所謂機械補償式連續變焦光學系統就是利用兩個活動組分（俗稱變焦組和補償組）各自以不同函數的運動規律沿軸向移動改變光學系統各組分間表面間隔距離在改變系統焦距的同時保持像面位置穩定不變。在鏡頭機械結構時往往采用凸輪結構形式完成活動組分按要求運動。在設計凸輪機構時必須由光學設計給出凸輪運動曲線。凸輪曲線是在設計機械補償式連續變焦光學系統時，為保證系統像面位置穩定，用高斯光學理論計算變焦組和補償組的運動曲線。為此，在本設計時就自動計算出了系統凸輪曲線坐標值并繪出凸輪曲線如圖6，通過工具條上“圖文”菜單隨時可以顯示凸輪曲線的參數坐標值如圖7所示。
圖6.變焦光學系統凸輪曲線圖
圖7.變焦光學系統凸輪曲線參數表
④ 五組元連續變焦系統各組分對像面偏移及補償的關系
五組元連續變焦系統各組分對像面偏移及補償的關系如圖8所示。
圖8.各組分對象面偏移的貢獻示意圖
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OCAD應用：五組元連續變焦系統
利用工具條上“圖文”菜單隨時可以單獨顯示PW自動優化結果，得出系統實際像差平衡數據，最終完成五組元連續變焦系統的高斯光學設計。
圖5.PW自動優化結果
③機械補償式連續變焦光學系統的凸輪曲線
所謂機械補償式連續變焦光學系統就是利用兩個活動組分（俗稱變焦組和補償組）各自以不同函數的運動規律沿軸向移動改變光學系統各組分間表面間隔距離在改變系統焦距的同時保持像面位置穩定不變。在鏡頭機械結構時往往采用凸輪結構形式完成活動組分按要求運動。在設計凸輪機構時必須由光學設計給出凸輪運動曲線。凸輪曲線是在設計機械補償式連續變焦光學系統時，為保證系統像面位置穩定，用高斯光學理論計算變焦組和補償組的運動曲線。為此，在本設計時就自動計算出了系統凸輪曲線坐標值并繪出凸輪曲線如圖6，通過工具條上“圖文”菜單隨時可以顯示凸輪曲線的參數坐標值如圖7所示。
圖6.變焦光學系統凸輪曲線圖
圖7.變焦光學系統凸輪曲線參數表
④五組元連續變焦系統各組分對像面偏移及補償的關系
五組元連續變焦系統各組分對像面偏移及補償的關系如圖8所示。
圖8.各組分對象面偏移的貢獻示意圖
展開 OCAD應用：二組元連續變焦系統
二組元連續變焦系統實質上是對三組元變焦補償形式的簡化。他利用后面的變焦組的軸向移動產生系統變焦比，由于變焦系統運動產生的相面位移量有前組位移補償。該形式變焦系統的前組不是固定組，為此對此類系統還要在前方設置一塊保護玻璃使系統密封。二組元連續變焦系統多用于變焦比較小的系統。
二組元連續變焦系統的結構形式如圖1，其計算結果及凸輪曲線分別如圖2及圖3。
圖1.二組元變焦系統高斯計算窗體
圖2.二組元系統自動優化結果
圖3. 二組元系統凸輪曲線
變焦光學系統各組元初始結結構設計
有了系統外形尺寸分配及各組元PW值要求后，可利用本程序膠合透鏡自動設計功能對系統各組元進行初始結構參數設計求解。求解時有兩個方法選擇。
① 簡單系統初始結構設計
對于一般的光學系統，各組元結構比較簡單，或只使用單透鏡、雙膠合透鏡以及單透鏡與膠合透鏡的組合就可滿足要求。這是就在“機械補償變焦系統設計”的界面內，OCAD就可以自動利用程序中“單透鏡及膠合透鏡結構設計”的功能依次自動設計完成。這是需要在當前窗體內繼續點擊“下一步”，就會出現如下界面。
圖4.初始結構設計界面
界面內顯示剛計算出來的系統外形尺寸以及對各組元PW值要求等數據，這些數據就是對各組元進行初始結構設計的依據。界面內表格內后兩項顯示“選擇”和“保存”，可以通過“選擇”欄選擇相應組元進行該組元的初始結構設計。經選擇后。界面立即出現“膠合透鏡結構設計”窗口，并自動填入該組元焦距、孔徑等參數。然后根據具體情況選擇單透鏡和膠合透鏡組合結構，并根據對組元PW要求選擇玻璃材料求出表面半徑等一系列初始結構參數值。
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。
展開 OCAD應用：四組元連續變焦系統
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。
圖4.填寫初級像差系數
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。以上數據輸入完畢，按動工具條上確定按鈕，計算立即完成，并顯示在下面文本框內，如圖5。利用工具條上“圖文”菜單隨時可以單獨顯示PW自動優化結果，得出系統實際像差平衡數據，最終完成四組元連續變焦系統的高斯光學設計。
圖5.PW自動優化結果
③ 四組元系統的凸輪曲線
所謂機械補償式連續變焦光學系統就是利用兩個活動組分（俗稱變焦組和補償組）各自以不同函數的運動規律沿軸向移動改變光學系統各組分間表面間隔距離在改變系統焦距的同時保持像面位置穩定不變。在鏡頭機械結構時往往采用凸輪結構形式完成活動組分按要求運動。在設計凸輪機構時必須由光學設計給出凸輪運動曲線。凸輪曲線是在設計機械補償式連續變焦光學系統時，為保證系統像面位置穩定，用高斯光學理論計算變焦組和補償組的運動曲線。為此，在本設計時就自動計算出了系統凸輪曲線坐標值并繪出凸輪曲線如圖6，通過工具條上“圖文”菜單隨時可以顯示凸輪曲線的參數坐標值如圖7所示。
圖6.變焦光學系統凸輪曲線圖
圖7.變焦光學系統凸輪曲線參數表
如果系統目標在有限距離內，可以在界面上方下拉式文本框內選擇“有限距離”，然后填寫目標距離，再按“確定”按鈕，就會顯示指定目標距離的光路示意圖。為了更明顯顯示系統示意圖，再按右上方“選擇按鈕”，會顯示示意圖如圖8右圖。
圖8.目標在有限距離系統光路結構示意圖
④ 各組元系統各組分對像面偏移及補償的關系
四組元連續變焦系統各組分對像面偏移及補償的關系如圖9所示。
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