機械補償式連續變焦光學系統，通(tōng)過系統的活動組分相對固定組分沿軸向運動改變各組分之間(jiān)間(jiān)隔尺寸，在保證系統像面穩定不變的前提下，連續改變系統焦距。系統中，最後一個(gè)固定組前的總組分數(shù)稱為(wèi)該連續變焦光學系統的組分數(shù)，比如含有(yǒu)一個(gè)前固定組、一個(gè)變焦組、一個(gè)補償組以及一個(gè)固定組的變焦系統被稱為(wèi)三組分變焦系統。為(wèi)保證各活動組分在變焦過程中按設計(jì)要求移動活動組分，保證其表面間(jiān)隔尺寸，一般都使用凸輪結構驅動各組分的運動，因此，凸輪曲線的設計(jì)也必然是光學設計(jì)的重要任務。
在進行(xíng)凸輪曲線設計(jì)時(shí)，不僅要考慮凸輪轉動時(shí)确保各活動組分之間(jiān)準确的間(jiān)隔尺寸，保證在變焦過程中光學系統像面的穩定，還(hái)要考慮到運動曲線的平滑性以及曲線的陡度，避免運動中的卡滞現象，當然還(hái)要考慮到凸輪加工的工藝性。
圖1.變焦系統凸輪優化設計(jì)窗體(tǐ)
凸輪曲線的優化設計(jì)
一般情況下，設計(jì)凸輪曲線時(shí)會(huì)把固定組後的變焦組的運動規律設計(jì)成直線，減少(shǎo)加工成本，但(dàn)這是可(kě)能會(huì)帶來(lái)補償組的運動曲線過于彎曲，運動速率過大(dà)，甚至因運動速率過大(dà)以緻影(yǐng)響凸輪運轉過程中發澀甚至卡死。為(wèi)了避免這一情況的發生(shēng)，可(kě)以有(yǒu)意把變焦組曲線改成曲線緩解補償組的曲線陡度，以便有(yǒu)效改善凸輪曲線平滑運行(xíng)。
圖2.凸輪運動曲線及其運動速率
從上(shàng)述曲線可(kě)以看出此時(shí)在長焦處補償組運動速率已達72°,不可(kě)能平滑運轉，此時(shí)必重新優化凸輪曲線，确保凸輪順利運轉。在優化時(shí)首先返回設計(jì)界面初始狀态，如圖2，選擇“曲線運動軌迹”或“複合曲線軌迹”。所謂“曲線運動軌迹”或“複合曲線軌迹”其區(qū)别在“曲線運動軌迹”是對變焦組的運動曲線全過程均為(wèi)一個(gè)完整的三次方程式，而 “複合曲線軌迹”則是把變焦組運動軌迹的前半段保持直線運動，隻是在指定位置之後才改成曲線運動，這樣可(kě)以重點改善變焦後半段的曲線運動速率，因為(wèi)補償組的運動速率隻在後半段才變化激烈。
在選擇“曲線運動軌迹”後，界面下方會(huì)給出運動曲線方程系數(shù)的表格，可(kě)以直接填寫。如果選擇“複合曲線軌迹”，界面上(shàng)除顯示運動曲線方程系數(shù)的表格框外，還(hái)顯示“結合點位置”系數(shù)，以便根據需要選擇合适直線與曲線結合點的位置，無論選擇以上(shàng)哪種，都還(hái)可(kě)以利用拉杆條之間(jiān)控制(zhì)凸輪運動曲線或運動速率軌迹曲線。也可(kě)以先預設初步曲線方程系數(shù)，然後通(tōng)過拉杆條調整。在選擇“曲線運動軌迹”後，按“确定”鍵出現圖3界面。
圖3.選擇“複合曲線軌迹”界面
圖4.利用拉杆條調節運動曲線
經過以上(shàng)選擇與調整，使得(de)系統凸輪運動曲線及其運動速率曲線最終優化為(wèi)較滿意結果如下圖。
圖5.凸輪曲線優化結果
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