變焦距系統(tǒng)
1 變焦距系統(tǒng)的分類(lèi)
根據(jù)象面位移的補(bǔ)償方法把變焦距系統(tǒng)分成光學(xué)補(bǔ)償?shù)淖兘咕嘞到y(tǒng)和機(jī)械補(bǔ)償?shù)淖兘咕嘞到y(tǒng)。機(jī)械補(bǔ)償?shù)淖兘咕嘞到y(tǒng)：焦距的不斷變化和象面的固定不動(dòng)，是由組元的非線(xiàn)性位移而實(shí)現(xiàn)的一種光學(xué)系統(tǒng)。光學(xué)補(bǔ)償?shù)淖兘咕嘞到y(tǒng)：焦距的不斷變化是由具有線(xiàn)性關(guān)系的組元位移而實(shí)現(xiàn)的光學(xué)系統(tǒng)。
2 變焦距系統(tǒng)的發(fā)展方向
（1）提高成像質(zhì)量：為改善像質(zhì)，人們做了很多的努力，采用的主要措施是利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)提高設(shè)計(jì)水平；采用高精度加工中心加工凸輪；采用多層增透膜，提高鏡頭的透過(guò)率，而且彩色還原性能好；使用特殊材料，改善二級(jí)色差；使用非球面鏡；采用可變可動(dòng)光闌等。通過(guò)這些措施，提高了變焦距鏡頭的像質(zhì)；
（2）追求高變倍比：采用多組變焦形式；變焦形式不變，采用新型光學(xué)玻璃和人造晶體等；
（3）大視場(chǎng)：主要措施是前固定組復(fù)雜化，增加一些透鏡組；采用負(fù)的前固定組，緊接著是正的雙組聯(lián)動(dòng)的變動(dòng)組，這樣使光線(xiàn)通過(guò)前面的負(fù)透鏡組，后面的視場(chǎng)角小于物空間的視場(chǎng)角，從而達(dá)到擴(kuò)大視場(chǎng)角的目的；采用非球面技術(shù)等；
（4）超近攝影：主要措施是用前固定組和后固定組分別調(diào)節(jié)或內(nèi)調(diào)焦背調(diào)焦等；
（5）小型化：主要措施是用高折射玻璃；采用非球面；光闌移動(dòng)；多組變焦等。
3 變焦距鏡頭最佳像面位移產(chǎn)生的原因和最佳像面位置的確定
變焦距鏡頭在光學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，是根據(jù)保持高斯像面不變的條件來(lái)確定變倍組和補(bǔ)償組移動(dòng)量之間的函數(shù)關(guān)系。事實(shí)上，變焦距鏡頭的最佳像面即實(shí)際像面，在變焦過(guò)程中是連續(xù)改變的。它的變化規(guī)律是設(shè)計(jì)者在充分利用了變焦距鏡頭的各種因素進(jìn)行像差校正后，與變焦距鏡頭的誤差和剩余像差有關(guān)。
在變焦距鏡頭中，由于變焦距鏡頭的誤差和剩余像差而引起的最佳像面位移，使長(zhǎng)焦和短焦的聚焦像面即焦點(diǎn)并不一致。為了把像面位移控制的盡量小，一般先調(diào)整前固定組的軸向位置，使長(zhǎng)焦和短焦的聚焦像面在同一位置。該短焦和長(zhǎng)焦的同一聚焦像面稱(chēng)為基準(zhǔn)像面。
最佳像面位移也叫離焦量。確定最佳像面位置，就是要找到最佳像面到高斯像面的距離。確定最佳像面位置的方法有兩種，一種是測(cè)量的方法，另一種是計(jì)算的方法。
4 高斯幾何光學(xué)和高斯光學(xué)的范圍及意義
在高斯光學(xué)內(nèi)的系統(tǒng)領(lǐng)域中的方程式，都是屬于線(xiàn)形的一階方程式，它是由幾何三角學(xué)的算式中，取角度接近于零時(shí)的值，故光線(xiàn)高度也被限制在很小的值內(nèi)，這就是一般所謂的近軸光學(xué)范圍。一個(gè)充分校正好的光學(xué)系統(tǒng)，它的數(shù)學(xué)式完全在一階方程的敘述內(nèi)，所以近軸光學(xué)所得的數(shù)據(jù)，更成了要測(cè)量一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)好壞時(shí)的參考值了。
高斯光學(xué)的范圍是在近軸區(qū)內(nèi)，其高冪次的像差數(shù)值小于1/4波長(zhǎng)，不同系統(tǒng)的范圍不一樣大，故無(wú)法確定指出，需要通過(guò)像差的情形來(lái)判斷。在高斯光學(xué)領(lǐng)域中，球面和拋物面沒(méi)有區(qū)別的。
在任何光學(xué)系統(tǒng)中，雖然都具有全真映像區(qū)，但若超出高斯范圍后，全真映像的特性跟著消失了，近似值也不再合適。精確的計(jì)算值顯示，所有的像都有像差的存在。有些像差雖然可以完全消除，但卻無(wú)法使所有的像差項(xiàng)次全都等于零，公差的求取因而是非常必要也是非常重要的。
5 變焦距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
變焦距系統(tǒng)通常有幾部分組成，其中某些部分通過(guò)運(yùn)動(dòng)來(lái)改變焦距或者是放大倍率。變焦距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)因?yàn)橛羞\(yùn)動(dòng)的部件所以要比定焦系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜的多。變焦距鏡頭的設(shè)計(jì)可分為兩個(gè)階段：
第一階段是近軸分析，包括選擇變焦形式，確定結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算初始結(jié)構(gòu)參數(shù)。在這個(gè)過(guò)程中，是根據(jù)保持高斯像面不變的條件確定變倍組和補(bǔ)償組移動(dòng)量之間的函數(shù)關(guān)系的。
第二階段是像差平衡，從而確定每個(gè)透鏡的實(shí)用參數(shù)。
6 結(jié)束語(yǔ)
變焦距系統(tǒng)是一種復(fù)雜的光學(xué)機(jī)械系統(tǒng)，如何真正掌握變焦距系統(tǒng)的精髓，需要不斷的學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)、實(shí)踐和修改，只有這樣才能更好地了解變焦距系統(tǒng)，為設(shè)計(jì)工作服務(wù)。
