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，最後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表單
凸輪曲線的優化設計
一般情況下，設計凸輪曲線時會把固定組後的變焦組的運動規律設計成直線，減少加工成本，但這是可能會帶來補償組的運動曲線過於彎曲，運動速率過大，甚至因運動速率過大以致影響凸輪運轉過程中發澀甚至卡死。為了避免這一情況的發生，可以有意把變焦組曲線改成曲線緩解補償組的曲線陡度，以便有效改善凸輪曲線平滑運行。
圖2 凸輪運動曲線及其運動速率
從上述曲線可以看出此時在長焦處補償組運動速率已達72°,不可能平滑運轉，此時必重新優化凸輪曲線，確保凸輪順利運轉。在優化時首先返回設計介面初始狀態，如圖2，選擇“曲線運動軌跡”或“複合曲線軌跡”。所謂“曲線運動軌跡”或“複合曲線軌跡”其區別在“曲線運動軌跡”是對變焦組的運動曲線全過程均為一個完整的三次方程式，而 “複合曲線軌跡”則是把變焦組運動軌跡的前半段保持直線運動，只是在指定位置之後才改成曲線運動，這樣可以重點改善變焦後半段的曲線運動速率，因為補償組的運動速率只在後半段才變化激烈。
在選擇“曲線運動軌跡”後，介面下方會給出運動曲線方程係數的表格，可以直接填寫。如果選擇“複合曲線軌跡”，介面上除顯示運動曲線方程係數的表格框外，還顯示“結合點位置”係數，以便根據需要選擇合適直線與曲線結合點的位置，無論選擇以上哪種，都還可以利用拉杆條之間控制凸輪運動曲線或運動速率軌跡曲線。也可以先預設初步曲線方程係數，然後通過拉杆條調整。在選擇“曲線運動軌跡”後，按“確定”鍵出現圖3介面。
圖3 選擇“複合曲線軌跡”介面
圖4 利用拉杆條調節運動曲線
經過以上選擇與調整，使得系統凸輪運動曲線及其運動速率曲線最終優化為較滿意結果如下圖。
圖5 凸輪曲線優化結果
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