機械補償式連續變焦光學系統，通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間隔尺寸，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，最后一個固定組前的總組分數稱為該連續變焦光學系統的組分數，比如含有一個前固定組、一個變焦組、一個補償組以及一個固定組的變焦系統被稱為三組分變焦系統。為保證各活動組分在變焦過程中按設計要求移動活動組分，保證其表面間隔尺寸，一般都使用凸輪結構驅動各組分的運動，因此，凸輪曲線的設計也必然是光學設計的重要任務。
在進行凸輪曲線設計時，不僅要考慮凸輪轉動時確保各活動組分之間準確的間隔尺寸，保證在變焦過程中光學系統像面的穩定，還要考慮到運動曲線的平滑性以及曲線的陡度，避免運動中的卡滯現象，當然還要考慮到凸輪加工的工藝性。
圖1.變焦系統凸輪優化設計窗體
初始數據填寫以及各選擇項的選擇
本程序可以對機械補償式變焦系統進行凸輪優化設計，因此只有在輸入機械補償式變焦光學系統的數據之后才能進行。此時可從工具條的“設計”中選擇“變焦系統凸輪優化設計” 菜單，此時界面上出現小窗體如圖1。
① 初始數據的填寫
連續變焦系統的凸輪一般都是采用圓筒式結構，依靠凸輪的轉動驅動活動組沿光軸方向按要求規律移動。為此在設計凸輪曲線之前先要給出凸輪圓筒的直徑值以及凸輪轉動角度值，然后要給出凸輪曲線的坐標點數，便于加工需要。同時為了滿足加工和使用的要求，還必須在曲線的兩端各增加一定數量點數的前后延伸曲線坐標參數。所以，在圖1的界面上要求填寫相應的選取坐標點數、前沿點數、后沿點數、凸輪直徑以及凸輪轉動角度等參數。填寫完以上數據，點擊“確定”鍵即可自動繪制凸輪運動曲線圖。在此同時界面上還會顯示一個書簽式選項，分別提供繪制凸輪運動曲線、凸輪運動速率、焦距變化曲線、凸輪參數數據以及返回上一步等。
圖2.凸輪運動曲線系列
② 選擇項的選擇
從圖2的界面上可以看出，通過對機械補償式變焦系統進行凸輪優化設計，可以控制變焦組分的運動曲線的方程軌跡，也可以根據需要使得系統焦距值按需要的曲線關系設計凸輪曲線。一般情況下，為了活動組的運動靈活方便，主要考慮變焦組和活動組的運動連續平滑，運動曲線不要過陡，避免運動卡死現象。但有些系統為精確控制在變焦過程中達到精確變焦焦距值，也可以選擇控制系統焦距變化曲線，使得凸輪轉角是系統焦距變化的函數。
在進行變焦系統凸輪曲線設計與優化時，可做如下一些選擇。
Ⅰ- 控制項目的選擇
在進行變焦系統凸輪曲線時可以通過凸輪曲線設計與控制變焦組的運動規律，也可以設計與控制系統在變焦過程中系統焦距變化的規律，以便隨時掌控系統焦距與凸輪運轉的關系，此時可以通過下圖中對控制項目的選擇實現。
圖3.控制項目的選擇
圖4.控制焦距變化曲線系列
Ⅱ- 繪制網絡線的選擇
圖5.繪制網絡線的選擇
圖6.繪制網絡線的選擇
Ⅲ- 凸輪曲線運動軌跡或變焦焦距變化規律的選擇
圖7.凸輪曲線運動軌跡或變焦焦距變化規律的選擇
圖8.選擇單純曲線方式
圖9.選擇復合曲線方式
Ⅳ- 提取變焦過程中任意樣本的選擇
圖10.提取變焦過程中任意樣本的選擇
一般光學設計程序是把連續變焦系統當做多重結構系統處理，只能計算和分析指定幾個變焦位置。OCAD利用在計算凸輪曲線時提取變焦過程樣本的方式，可以提取在變焦過程任意位置的樣本變成定焦系統對系統進行分析和計算。在需要提取樣本時，選擇“提取樣本”選項便可在右側下拉菜單中選擇位置號即可，樣本總數為上方填寫的“選取坐標點數”�？商顚懙狞c數可以是三位數或四位數。選擇完成之后按“確定”鍵，當前變焦系統數據直接轉換為該樣本位置的定焦系統數據，自由進行分析與計算。
③ 凸輪曲線的非線性化處理
為了控制變焦組或系統焦距變化曲線，可以把曲線設計成直線形狀也可以按一定規律設計成二次或三次曲線形狀。直線形狀易于加工；曲線形狀可以根據需要調節運動曲線陡度（斜率）。當選擇曲線形狀時，接口要求填寫一個三次方程的三個系數的權因子值如圖11。所謂系數的權因子是指三個系數的相對值。三個系數的實際值將由程序自動規化處理。
圖11.選擇曲線運動軌跡的凸輪優化設計窗體
以上選擇確定或數據填寫完畢之后，只要按“確定”按鈕，便可自動完成凸輪曲線設計工作。設計結果如圖12。從圖13至圖14可以看出，通過書簽式接口可以方便地查看設計結果的凸輪運動曲線、凸輪升角曲線、焦距變化曲線以及凸輪參數數據等內容。其中凸輪運動曲線直接顯示了系統變焦組和補償組的運動曲線形狀，還可從圖上讀出曲線各點的坐標值；凸輪升角曲線是根據設計出的凸輪運動曲線計算出的曲線上各點的斜率只值，從中分析凸輪曲線運動陡度，陡度過大就容易造成運動的卡滯，影響使用效果；焦距變化曲線顯示了系統焦距隨凸輪轉動的變化關系，因為有些對系統焦距變化要求嚴格控制幷需要便于讀取的系統，就必須在凸輪設計時控制焦距變化曲線。為了給出凸輪運動曲線的具體數據，選擇凸輪參數資料書簽，便可以直接讀出所有設計資料如圖15。對給出的數據可以直接在接口上進行進一步文字編輯、保存和打印。
對于以上設計如不滿意，還可以使用“返回上一步”書簽回到如圖14接口上重新修改參數進行設計，直到滿意。
④ 計算數據數據格式的轉換處理
為了更加靈活的保存和打印計算結果數據，程序還可以方便地保存成Excel的表格形式。操作時只要選擇工具條上“另存入”菜單，選擇“Excel files（*.xls）”或“Word files（*.doc）等格式幷指定文件名即可。Excel表格形式的文件如圖16，Word 文件格式的文件如圖17。
圖16.Excel 文件格式凸輪參數數據
圖17.Word 文件格式凸輪參數數據
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