機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)，通過系統(tǒng)的活動(dòng)組分相對(duì)固定組分沿軸向運(yùn)動(dòng)改變各組分之間間隔尺寸，在保證系統(tǒng)像面穩(wěn)定不變的前提下，連續(xù)改變系統(tǒng)焦距。系統(tǒng)中，最后一個(gè)固定組前的總組分?jǐn)?shù)稱為該連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的組分?jǐn)?shù)，比如含有一個(gè)前固定組、一個(gè)變焦組、一個(gè)補(bǔ)償組以及一個(gè)固定組的變焦系統(tǒng)被稱為三組分變焦系統(tǒng)。為保證各活動(dòng)組分在變焦過程中按設(shè)計(jì)要求移動(dòng)活動(dòng)組分，保證其表面間隔尺寸，一般都使用凸輪結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)各組分的運(yùn)動(dòng)，因此，凸輪曲線的設(shè)計(jì)也必然是光學(xué)設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。
在進(jìn)行凸輪曲線設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)確保各活動(dòng)組分之間準(zhǔn)確的間隔尺寸，保證在變焦過程中光學(xué)系統(tǒng)像面的穩(wěn)定，還要考慮到運(yùn)動(dòng)曲線的平滑性以及曲線的陡度，避免運(yùn)動(dòng)中的卡滯現(xiàn)象，當(dāng)然還要考慮到凸輪加工的工藝性。
圖1.變焦系統(tǒng)凸輪優(yōu)化設(shè)計(jì)窗體
凸輪曲線的優(yōu)化設(shè)計(jì)
一般情況下，設(shè)計(jì)凸輪曲線時(shí)會(huì)把固定組后的變焦組的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)成直線，減少加工成本，但這是可能會(huì)帶來補(bǔ)償組的運(yùn)動(dòng)曲線過于彎曲，運(yùn)動(dòng)速率過大，甚至因運(yùn)動(dòng)速率過大以致影響凸輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)澀甚至卡死。為了避免這一情況的發(fā)生，可以有意把變焦組曲線改成曲線緩解補(bǔ)償組的曲線陡度，以便有效改善凸輪曲線平滑運(yùn)行。
圖2.凸輪運(yùn)動(dòng)曲線及其運(yùn)動(dòng)速率
從上述曲線可以看出此時(shí)在長焦處補(bǔ)償組運(yùn)動(dòng)速率已達(dá)72°,不可能平滑運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)必重新優(yōu)化凸輪曲線，確保凸輪順利運(yùn)轉(zhuǎn)。在優(yōu)化時(shí)首先返回設(shè)計(jì)界面初始狀態(tài)，如圖2，選擇“曲線運(yùn)動(dòng)軌跡”或“復(fù)合曲線軌跡”。所謂“曲線運(yùn)動(dòng)軌跡”或“復(fù)合曲線軌跡”其區(qū)別在“曲線運(yùn)動(dòng)軌跡”是對(duì)變焦組的運(yùn)動(dòng)曲線全過程均為一個(gè)完整的三次方程式，而 “復(fù)合曲線軌跡”則是把變焦組運(yùn)動(dòng)軌跡的前半段保持直線運(yùn)動(dòng)，只是在指定位置之后才改成曲線運(yùn)動(dòng)，這樣可以重點(diǎn)改善變焦后半段的曲線運(yùn)動(dòng)速率，因?yàn)檠a(bǔ)償組的運(yùn)動(dòng)速率只在后半段才變化激烈。
在選擇“曲線運(yùn)動(dòng)軌跡”后，界面下方會(huì)給出運(yùn)動(dòng)曲線方程系數(shù)的表格，可以直接填寫。如果選擇“復(fù)合曲線軌跡”，界面上除顯示運(yùn)動(dòng)曲線方程系數(shù)的表格框外，還顯示“結(jié)合點(diǎn)位置”系數(shù)，以便根據(jù)需要選擇合適直線與曲線結(jié)合點(diǎn)的位置，無論選擇以上哪種，都還可以利用拉桿條之間控制凸輪運(yùn)動(dòng)曲線或運(yùn)動(dòng)速率軌跡曲線。也可以先預(yù)設(shè)初步曲線方程系數(shù)，然后通過拉桿條調(diào)整。在選擇“曲線運(yùn)動(dòng)軌跡”后，按“確定”鍵出現(xiàn)圖3界面。
圖3.選擇“復(fù)合曲線軌跡”界面
圖4.利用拉桿條調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)曲線
經(jīng)過以上選擇與調(diào)整，使得系統(tǒng)凸輪運(yùn)動(dòng)曲線及其運(yùn)動(dòng)速率曲線最終優(yōu)化為較滿意結(jié)果如下圖。
圖5.凸輪曲線優(yōu)化結(jié)果
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