五組元連續(xù)變焦系統(tǒng)實(shí)際上是在三組元系統(tǒng)是基礎(chǔ)上發(fā)展起來的兩個(gè)三組元連續(xù)變焦系統(tǒng)的疊加。前后兩個(gè)三組元參數(shù)分配一樣，兩個(gè)變焦組和連個(gè)補(bǔ)償組分別固聯(lián)在一起，按統(tǒng)一規(guī)律運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也比較簡單。由于是兩個(gè)系統(tǒng)的疊加，因此其變焦范圍可以按平方關(guān)系擴(kuò)大而不影響補(bǔ)償曲線的過度彎曲。但畢竟復(fù)雜了變焦組結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)像差平衡有一定緩和作用。本軟件包根據(jù)這些設(shè)計(jì)方法進(jìn)行全面初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。從系統(tǒng)外形尺寸自動(dòng)計(jì)算到初級像差系數(shù)的自動(dòng)平衡，甚至可以從自動(dòng)選玻璃到解出各組分表面半徑。
圖1.變焦系統(tǒng)高斯計(jì)算窗體
① 外形尺寸自動(dòng)計(jì)算
在選擇“設(shè)計(jì)”菜單中的“變焦系統(tǒng)高斯計(jì)算”后，會出現(xiàn)一個(gè)如圖1的小窗體。窗體中央顯示了五組元連續(xù)變焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，下面表格給出系統(tǒng)的特征數(shù)據(jù)列表，左上方有下拉式文本框選擇設(shè)計(jì)計(jì)算以前固定組還是以后固定組為基礎(chǔ)。根據(jù)前固定組求解是已知前固定組焦距值出發(fā)計(jì)算系統(tǒng)外形尺寸數(shù)據(jù)，反之是從后固定組焦距值出發(fā)計(jì)算系統(tǒng)外形尺寸數(shù)據(jù)。按表中內(nèi)容填寫完畢，五組元連續(xù)變焦系統(tǒng)的外形尺寸計(jì)算工作立即自動(dòng)完成。此時(shí)如果
選擇工具條上“圖文”按鈕就會顯示系統(tǒng)外形尺寸計(jì)算結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，如圖2。
圖2.外形尺寸計(jì)算數(shù)據(jù)
如果選擇工具條上“動(dòng)畫”按鈕還可以顯示系統(tǒng)變焦運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫效果。如圖3。
圖3.變焦系統(tǒng)變焦運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫
圖4.填寫初級像差系數(shù)
② 初級像差系數(shù)自動(dòng)平衡
完成外形尺寸計(jì)算后就可以接著進(jìn)行系統(tǒng)初級像差的平衡優(yōu)化設(shè)計(jì)。此時(shí)按“下一步”命令鈕，窗體立即出現(xiàn)下一個(gè)畫面如圖5。其中列出兩個(gè)表格，一個(gè)是要求輸入各初級像差系數(shù)的目標(biāo)值，另一個(gè)要求輸入系統(tǒng)各組元的PW參數(shù)的初始參考值及其權(quán)系數(shù)。
參加優(yōu)化設(shè)計(jì)的初級像差項(xiàng)目可選，選擇時(shí)使用工具條上插入和刪除按鈕進(jìn)行操作。以上數(shù)據(jù)輸入完畢，按動(dòng)工具條上確定按鈕，計(jì)算立即完成，并顯示在下面文本框內(nèi)，如圖5。利用工具條上“圖文”菜單隨時(shí)可以單獨(dú)顯示PW自動(dòng)優(yōu)化結(jié)果，得出系統(tǒng)實(shí)際像差平衡數(shù)據(jù)，最終完成五組元連續(xù)變焦系統(tǒng)的高斯光學(xué)設(shè)計(jì)。
圖5.PW自動(dòng)優(yōu)化結(jié)果
③ 機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的凸輪曲線
所謂機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)就是利用兩個(gè)活動(dòng)組分（俗稱變焦組和補(bǔ)償組）各自以不同函數(shù)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律沿軸向移動(dòng)改變光學(xué)系統(tǒng)各組分間表面間隔距離在改變系統(tǒng)焦距的同時(shí)保持像面位置穩(wěn)定不變。在鏡頭機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)往往采用凸輪結(jié)構(gòu)形式完成活動(dòng)組分按要求運(yùn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)必須由光學(xué)設(shè)計(jì)給出凸輪運(yùn)動(dòng)曲線。凸輪曲線是在設(shè)計(jì)機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，為保證系統(tǒng)像面位置穩(wěn)定，用高斯光學(xué)理論計(jì)算變焦組和補(bǔ)償組的運(yùn)動(dòng)曲線。為此，在本設(shè)計(jì)時(shí)就自動(dòng)計(jì)算出了系統(tǒng)凸輪曲線坐標(biāo)值并繪出凸輪曲線如圖6，通過工具條上“圖文”菜單隨時(shí)可以顯示凸輪曲線的參數(shù)坐標(biāo)值如圖7所示。
圖6.變焦光學(xué)系統(tǒng)凸輪曲線圖
圖7.變焦光學(xué)系統(tǒng)凸輪曲線參數(shù)表
④ 五組元連續(xù)變焦系統(tǒng)各組分對像面偏移及補(bǔ)償?shù)年P(guān)系
五組元連續(xù)變焦系統(tǒng)各組分對像面偏移及補(bǔ)償?shù)年P(guān)系如圖8所示。
圖8.各組分對象面偏移的貢獻(xiàn)示意圖
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