四組元連續(xù)變焦系統(tǒng)是在三組元連續(xù)變焦系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)變焦組分擔(dān)系統(tǒng)像面位移，由兩個(gè)變焦組一個(gè)補(bǔ)償組，再加一個(gè)前固定組和后固定組組成。兩個(gè)變焦組可以接連在一起，第二個(gè)變焦組固定不動(dòng)，也可稱(chēng)為中固定組，雖然不動(dòng)，也起著變焦組的功能。后面是補(bǔ)償組。系統(tǒng)前固定組、前變焦組、中固定組、補(bǔ)償組以及后固定組的光焦度正負(fù)相間排列。此類(lèi)變焦系統(tǒng)實(shí)際是一種四組元兩組移動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式。由于四組元連續(xù)變焦系統(tǒng)有兩個(gè)變焦組，可以減輕補(bǔ)償組的負(fù)擔(dān)，減緩補(bǔ)償組凸輪曲線(xiàn)的陡度趨于平滑，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)變焦比。
如果第二變焦組也可以沿軸向運(yùn)動(dòng)，補(bǔ)償組位于兩變焦組之間，是四組元三組移動(dòng)形式的機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦系統(tǒng)。該結(jié)構(gòu)形式往往把兩個(gè)變焦組固聯(lián)在一起，稱(chēng)為四組分雙組聯(lián)動(dòng)式變焦系統(tǒng)。
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(huì)出現(xiàn)一個(gè)如圖1的小窗體。窗體中央顯示了四組元二移動(dòng)連續(xù)變焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)式意圖，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(xiě)完畢，四組元連續(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(huì)顯示系統(tǒng)外形尺寸計(jì)算結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，如圖2。
圖1.變焦系統(tǒng)高斯計(jì)算窗體
圖2.外形尺寸計(jì)算數(shù)據(jù)
對(duì)于四組元連續(xù)變焦系統(tǒng)，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(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)只有線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)與非線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)的選擇。
如果選擇工具條上“動(dòng)畫(huà)”按鈕還可以顯示系統(tǒng)變焦運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫(huà)效果。如圖3。
圖3.變焦系統(tǒng)變焦運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫(huà)
② 初級(jí)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(jí)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(huà)面如圖4。其中列出兩個(gè)表格，一個(gè)是要求輸入各初級(jí)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)。
圖4.填寫(xiě)初級(jí)像差系數(shù)
參加優(yōu)化設(shè)計(jì)的初級(jí)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)，最終完成四組元連續(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 四組元系統(tǒng)的凸輪曲線(xiàn)
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(chēng)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(xiàn)。凸輪曲線(xiàn)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(xiàn)。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(xiàn)坐標(biāo)值并繪出凸輪曲線(xiàn)如圖6，通過(guò)工具條上“圖文”菜單隨時(shí)可以顯示凸輪曲線(xiàn)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(xiàn)圖
圖7.變焦光學(xué)系統(tǒng)凸輪曲線(xiàn)參數(shù)表
如果系統(tǒng)目標(biāo)在有限距離內(nèi)，可以在界面上方下拉式文本框內(nèi)選擇“有限距離”，然后填寫(xiě)目標(biāo)距離，再按“確定”按鈕，就會(huì)顯示指定目標(biāo)距離的光路示意圖。為了更明顯顯示系統(tǒng)示意圖，再按右上方“選擇按鈕”，會(huì)顯示示意圖如圖8右圖。
圖8.目標(biāo)在有限距離系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)示意圖
④ 各組元系統(tǒng)各組分對(duì)像面偏移及補(bǔ)償?shù)年P(guān)系
四組元連續(xù)變焦系統(tǒng)各組分對(duì)像面偏移及補(bǔ)償?shù)年P(guān)系如圖9所示。
圖9.各組分對(duì)象面偏移的貢獻(xiàn)示意圖
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