机械补偿式变焦距镜头以其自身的优点受到了广泛的关注和应用。介绍机械补偿式三组元连续变焦系统的基本工作原理及组成,根据实际使用要求,设计出保证变倍过程中变倍组和补偿组按一定函数规律运动的圆柱凸轮结构、导向机构及相应的加工工艺,从变倍运动方程和设计的变焦结构形式出发,分析变焦过程中焦距实时输出的实现方法和存在的问题,并提出相应的解决措施,对焦距值实时输出精度的提高以及变焦距镜头的设计和装调具有借鉴作用。

变焦距系统镜组的轴向位移与倍率关系通常不是线性的,示值间距标记也是非均匀的.在光学检测和计量仪器的应用中,操作者很难准确地选择刻度标志之外的焦距值,尤其是在高倍段刻度密集的和非线性显著的地方更是如此.在有电机驱动的系统中,电机匀速转动带来的是倍率的非线性变化,很难在短时间内稳定到预定倍率的目标值.对含有像差因子的变焦函数进行变换后所编制的计算程序可以十分快捷地得到预定的设计结果.一个实际的光学系统往往偏离理想情况,为了达到最佳结果,可把像差因子补充到变焦距函数中,可借助变焦函数方程进行等角距变倍曲线的研究和设计,研究成果已应用到了产品的设计中,并取得了很好的效果.

红外探测具有环境适应性好、隐蔽性好、抗干扰能力强、能在一定程度上识别伪装目标的优点,在军事上被广泛应用于红外导航、红外侦察以及红外制导等方面。近年来,随着红外光学技术的长足发展,对红外连续变焦光学系统的需求日益增强。针对320×256凝视型焦平面阵列探测器,设计了长波红外连续变焦光学系统。其工作波长范围为8～12μm,F数为2.5,变倍比为10：1。并用光学设计软件CODE V进行了仿真计算和像质评价,系统在空间频率16 lp/mm处,全焦距范围内调制传递函数在0.35以上,接近衍射极限。设计结果表明,长波连续变焦红外光学系统具有变倍比大、分辨率高、体积小、像质好等特点,可应用于众多光电探测领域。

近年来,两档变倍和连续变倍的红外变焦距系统获得了普遍的应用.在两个视场相同时,双位置变焦距通常比切换变焦距系统长,但因为切换变焦切换组元需要占用光路外的一段空间,所以双位置变焦距的体积要比切换变焦小.具有一个负变焦组的紧凑的光学补偿切换变焦距系统需要至少三组—一个正的物镜组,一个负的变倍组,一个正的调焦组.通常这些组元由一到两片组成.如果使

在大变倍比连续交焦望远镜中，控制望远镜象面的径向和轴向跳动，是结构设计的关键之一．本文在对不同导向机构的比较与研究的基础上，设计了一台口径为φ１３０ｍｍ、变焦范围１００ｍｍ－１０００ｍｍ的变焦望远镜．成象清晰，象面径向和轴向跳动均小于０．０３ｍｍ

介绍了飞行模拟器的原理及方案。讨论了飞行模拟器中目标显示变焦距成像系统的光学设计方案。探讨了垂轴放大率时的变焦距系统的特性，在垂轴放大率时变倍组和补偿组的共轭距均处于极值，在此处补偿组进行平滑换根，使补偿组位移曲线的上半段与下半段平滑相连，可以让补偿组也为整个系统变倍作出贡献，使得凸轮导程缩短，达到减小系统外形尺寸的目的。利用阻尼最小二乘法拟合出整个变焦过程中系统最佳像面的位置曲线，并按此设计凸轮曲线，即可保证系统在整个变焦过程中成像质量均处于最佳状态。成功地将上述思路应用于飞行模拟器变焦距成像系统中，取得了很好的效果。

凸轮曲线优化是机械补偿变焦距光学系统后期设计的一个重要环节。只有沿着准确的凸轮曲线控制变焦距系统的活动组份，才能保证有稳定良好的像质。本文提出一种基于ZEMAX的凸轮曲线优化设计新方法。该方法利用ZEMAX宏语言编写变焦距系统凸轮曲线设计程序，得到变倍组和补偿组之间准确的相对位移关系。同时，该程序能够计算出随着光学系统焦距变化的像斑尺寸连续变化曲线，实现在设计凸轮曲线的同时，随着焦距的连续变化，实时了解光学系统综合像质走向。此举对凸轮曲线的合理性提供了至关重要的佐证。