Плюсы «обычной» планетарной автоматической коробки передач с гидротрансформатором (это словосочетание советуем просто запомнить, как скороговорку — примеч.редактора):

• отлаженная десятилетиями конструкция;
• Настраивается под любой стиль вождения;
• Работает плавно и аккуратно;
• Выдерживает высокую мощность;
• Считается надежной конструкцией.

«Плюсы» вариатора:

• Количество передач бесконечно;
• Меняет передачи очень плавно;
• Простая конструкция (два шкива, ремень и устройства регулирующие натяжение ремня и передаточные числа).

На практике же, как обычно, все не так радужно.«Минусы» вариатора:

• При слишком больших передаточных отношениях (как первая и шестая передача в механической КПП), вариатор работает не эффективно, цепь или ремень проскальзывают, шкивы надо сжимать очень сильно, на это расходуется мощность двигателя. И на ремень нагрузка в таких режимах повышенная. В таких случаях приходится ограничивать диапазон передаточных чисел «сверху» и «снизу». И избавиться от гидротрансформатора на мощных моторах не удается-он позволяет избежать рывков при движении на «первой» передаче, добавить тяги и плавно набирать ход. В вариаторах для моторов послабее можно просто поставить сцепление, как в механической коробке, только с автоматическим управлением, но тогда еще больше возрастут нагрузки при максимальном передаточном соотношении и машина будет трогаться с места еще медленнее и еще меньше будет максимальная скорость.
• Часто звук двигателя, «зависшего» на оборотах максимальной мощности, при разгоне очень раздражает. Особенно это ощущается на машинах с «маленькими» моторами, на которых газ в пол приходится нажимать часто, а шумоизоляция слабая. Но тут ничего не поделаешь-это как раз следствие того, что такой тип трансмиссии может постоянно удерживать мотор в наиболее эффективном режиме.

Оказывается, очень простая конструкция вариатора становится все сложнее с ростом передаваемой мощности, и вроде он уже и не сильно проще, чем обычный «автомат», вместо сложной конструкции с большим числом деталей одна высокотехнологичная деталь-ремень и сложная и точная система регулирования его натяжения А тут еще появились «роботы», которые переключают передачи не так плавно, зато динамический диапазон (соотношение передаточного отношения первой передачи и высшей) у них большой. А по конструкции они еще проще, дешевле, и КПД максимально большой. И даже должны быть более долговечными, ведь трение в их конструкции происходит только в сцеплениях, а у вариатора трения ремня о шкивы не избежать. Вероятно, по этим причинам компании Audi и ZF отказались от дальнейшего совершенствования своего вариатора, оставив это направление в руках японских конструкторов.

Не удивительно, что повсеместного распространения такой тип АКПП не получил, ведь серьезные преимущества в виде простоты конструкции перечеркиваются не менее серьезными недостатками.

Вариатор порадует вас плавностью разгона, ведь ни одна другая коробка передач, кроме электропривода, не может менять передаточные числа настолько плавно. Но на «первой» передаче он будет менее эффективен, чем другие типы трансмиссий, да и высшая передача может оказаться не столь быстрой. С мощными моторами эти недостатки не так важны, но с ними и цена автоматической трансмиссии не принципиальна. С менее сильными моторами, сил до 150, все недостатки в виде малой тяги с места и «подвисания оборотов» при разгоне будут ощутимы. Причем, чем слабее двигатель, тем сильнее проявляются все беды.

А вот мощным моторам вариатор составил неплохую пару. Так что мощные Ниссаны и Субару с вариатором вас не разочаруют. Да и экономичность машин с вариаторами на хорошем уровне — на установившихся режимах двигателю всегда можно задать идеально подходящие обороты. Так что не стоит считать вариатор не надежной трансмиссией, ведь его ставят даже на танки- например, на японский Type 10 массой 48 тонн!!!

Текст: Игнашин Борис

Как нужно ездить, чтобы продлить жизнь коробке-вариатору?

Вариатор — это популярный сегодня тип трансмиссии, который позволяет существенно повысить комфорт использования автомобиля. Специальная конструкция такой коробки передач позволяет обеспечить плавный разгон и оптимальную передачу тяги на колеса. Особенностью этой коробки передач является отсутствие физического ощущения водителем переключения передач. Достигается подобное за счет специальной конструкции вариатора, которая гарантирует плавное увеличение мощности двигателя. Поговорим поподробнее о том, как использовать автомобиль, чтобы не убить вариатор.

Особенности конструкции вариатора

Впервые такой тип трансмиссии появился в конце прошлого века и сегодня благодаря своей универсальности и удобству использования пользуется популярностью у покупателей. По сути, конструкция вариатора чрезвычайно проста. В основе коробки передач лежат два раздвижных шкива, один из которых соединён с двигателем цепью или ремнем. Половинки шкива расходятся в разные стороны, что позволяет цепи, с которой осуществляется привод на двигатель, перемещаться по вариатору, обеспечивая плавную передачу мощности.

В качестве сцепления тут используется пакет дисков или гидротрансформатор. Используемые диски работают в масляной ванне, что позволяет обеспечить долговечность этого узла и его качественное охлаждение при активной эксплуатации автомобиля.

Отдельные модификации вариаторов оснащены полностью автоматическим управлением, что позволяет имитировать работу стандартной коробки автомат. В данном случае шкивы будут расходиться не плавно, а резко и ступенчато, что позволяет имитировать переход на высшую и низшую ступень. Такие полностью автоматические коробки вариатор широко используются на автомобилях японского автопроизводителя Subaru.

Надёжна ли такая конструкция

Отзывы владельцев о вариаторах неоднозначны. Кто-то хвалит эту трансмиссию, отмечая ее долговечность и удобство использования. А кто-то наоборот высказывает нарекания на показатели надежности техники. Можно сказать, что на надежность вариаторов влияют, как особенности конструкции этого узла у конкретного автопроизводителей, так и непосредственно стиль вождения автовладельца, который неправильным использованием техники может просто убить этот узел, и в итоге буквально через 50 000 километров после покупки нового автомобиля трансмиссия потребует дорогостоящего ремонта.

Как не убить свой вариатор?

Поговорим поподробнее о том, какие действия водителя могут привести к поломке и выходу из строя данного узла. Такие достаточно простые рекомендации позволят многим обладателям машин с этим типом коробки избежать серьезных поломок, без каких-либо сложностей эксплуатируя машину с вариатором.

Внедорожье и вариатор несовместимы

Сегодня многие европейские, корейские и японские кроссоверы оснащаются вариатором, что позволяет с максимальным удобством использовать эти автомобили в условиях города. А вот на бездорожье, где колёса могут буксовать или же на привод приходятся повышенные нагрузки, вариатор не столь эффективен, может отмечаться его перегрев и преждевременный выход из строя. Именно поэтому, если вы являетесь поклонником активного образа жизни и часто выезжаете на бездорожье, то приобретать машину с вариатором в данном случае не рекомендуется.

То же самое касается и активного использования автомобиля в зимнее время года. В снежной каше, когда колёса могут активно пробуксовывать, на трансмиссию приходится повышенная нагрузка, что неизменно приводит к ее преждевременному выходу из строя. Поэтому если предстоит эксплуатация автомобиля в зимнее время года, то необходимо позаботиться о наличии качественных шипованных покрышек, и выбирать соответственно такие дороги, где автомобили бы не буксовали, что может привести к серьезным поломкам.

На вариаторе вредно буксовать

Опытные автовладельцы и мастера на СТО, которые специализируются на ремонте коробок передач вариаторов, отмечают, что часто отмечается выход из строя трансмиссии при пробуксовке колес. Из-за конструктивных особенностей трансмиссии ремень или цепь могут перескакивать на зубьях шкива при подобных пробуксовках, что и приводит к серьезным поломкам этого узла. Поэтому водителю следует избегать пробуксовок на асфальте, и в особенности внимательно управлять автомобилем в зимнее время года, когда колёса могут застрять в снежном плену, что и приводит к пробуксовке ведущей оси.

Откажитесь от резких стартов

Хорошо известно, что коробка вариатор не предназначена для использования на спортивных автомобилях. Резкие старты с места и экстремальные ускорения могут привести к быстрому выходу из строя этого агрегата. Также следует воздержаться от длительной езды на высокой скорости, что приводит к перегреву двигателя и трансмиссии, как результат отмечается повышенный износ вариатора.

Старайтесь правильно прогревать двигатель и коробку передач, в особенности в зимнее время года. Не лишним будет дать поработать автомобилю несколько минут на холостых оборотах, после чего можно начинать движение, будучи уверенным в качестве смазки в моторе и вариаторе.

Выполняем регулярный сервис трансмиссии

Обслуживание коробок передач типа вариатор подразумевает не только частую смену масла, но и своевременную очистку радиатора. Такой радиатор отвечает за охлаждение масла, температура которой в процессе эксплуатации автомобиля может существенно увеличивается. Если же соты радиатора забиты тополиным пухом, на нём имеется существенный слой грязи, масла и копоти, то эффективность охлаждения и смазки существенно снижается, трансмиссия постоянно работает в условиях перегрева, что приводит к быстрому износу.

В зависимости от конкретной конструкции автомобиля очистку радиатора можно выполнять как без его демонтажа с подкапотного пространства, так и с необходимостью раскручивать всю систему и сливать масло с коробки передач. В последнем случае существенно усложняется сервис, а выполнить его самостоятельно зачастую не представляется возможным.

Сегодня не редкость ситуации, когда производители автомобилей заявляют о необслуживаемости своих коробок передач, соответственно масло в таких трансмиссиях менять не требуется. Однако в действительности все без исключения вариаторы потребуют использования качественной смазки, менять которую следует каждые 50 тысяч километров пробега. При этом необходимо использовать специальное дорогостоящее трансмиссионное масло, которое способно справляться с значительными нагрузками и не теряет своих свойств даже в условиях высоких температур.

Выводы

Правильная эксплуатация автомобиля позволит избежать каких-либо серьезных проблем с эксплуатацией трансмиссии типа вариатор. Необходимо лишь своевременно выполнять сервис этого узла, проводя замену масла и очистку масляного радиатора. Помните также о том, что такой тип коробок передач не любит агрессивной спортивной езды и плохо переносит эксплуатацию на бездорожье, когда колеса часто пробуксовывают, что и приводит к повышенной нагрузке на этот узел.

26.02.2018

устройство, принцип работы, советы по эксплуатации

Характеристика

Итак, вариатор представляет собой бесступенчатую коробку передач автомобиля. Главной особенностью ее является отсутствие конкретных ступеней – передаточное число меняется постепенно, по мере набора скорости автомобилем. Данная особенность позволяет исключить толчки и рывки при переключении, которые возможны при езде на механике, а также обеспечивает высокую динамику разгона. Ведь при нажатии на газ машина держит постоянно стабильные обороты, при которых достигается пиковый крутящий момент.

Но из-за ограничений по мощности эти коробки ставятся в основном на легковые автомобили и лишь на некоторые кроссоверы (часто это представители китайских марок). Что касается типов, всего может быть два вариатора:

• Тороидный.
• Клиноременной.

Как работает задний ход

1. Примечательно то, что скорость заднего и переднего хода на этом типе трансмиссии одинакова. Но в первом случае она ограничивается электроникой во избежание аварийных ситуаций.
2. Он обеспечивается посредством планетарного механизма с двойным рядом сателлитов:
3. Смена подвижного ряда сателлитов и фиксация второго ряда, обеспечивает смены направления хода. При этом направление вращения водила не изменяется, но меняется направление вращения корончатой шестерни. Как работает вариаторная коробка передач по видео смотрите ниже.

Применение вариаторов

Благодаря компактным размерам этот тип коробки передач может использоваться на автомобиле, скутере, снегоходе, мопеде и др. Устройства с электромагнитным приводом могут использоваться для небольших моделей техники и детских игрушек, где они успешно применяются. При слабом крутящем моменте клиновой ремень изготавливают из плотной армированной резины. При проектировании новых поколений автомобильных вариаторов инженеры решают задачи износостойкости, рабочего ресурса, понижения уровня шума и увеличения КПД.

В принципиальной схеме, устройства вариаторов для различных разновидностей транспорта не различаются. Частные решения для каждого из них должна рассматриваться в рамках инструкции по эксплуатации от производителей.

Устройство

Если говорить в целом, то в конструкцию данной КПП входят:

• Вариаторная передача.
• Механизм, служащий для отсоединения КПП от двигателя и передачи крутящего момента.
• Система управления.
• Механизм, обеспечивающий движение задним ходом.

Чтобы крутящий момент передавался от двигателя на коробку, в узле могут применяться:

• Автоматическое центробежное сцепление.
• Электромагнитное с электронным управлением.
• Гидротрансформатор.
• Многодисковое мокрое сцепление.

Сейчас наибольшую популярность получил гидротрансформатор. Он плавно передает крутящий момент, что положительно отображается на ресурсе коробки.

В конструкцию вариатора входит одна либо две ременные передачи. Они являют собой два шкива, которые соединены между собой клиновидным ремнем. Образуются конические диски, способные сдвигаться и раздвигаться. Благодаря этому меняется диаметр шкива. Чтобы сблизить конусы, используется усилие пружин либо гидравлическое давление. Сами диски имеют определенный угол наклона (обычно в 20 градусов). Это способствует наименьшему сопротивлению при перемещении ремня по шкиву.

Отметим, что материал ремня может быть разным. На первых моделях использовалась резина. Ввиду высокой гибкости и эластичности она не имела большого ресурса. Поэтому большинство вариаторов идет с металлическим ремнем. Он состоит из десяти стальных полос. А крутящий момент передается за счет сил трения между шкивом и боковой поверхностью ремня.

Основы работы коробки автомат для понимания работы вариатора

Принцип работы вариатора кардинально отличается от ступенчатых коробок передач.

Для большего понимания сначала следует рассмотреть, как функционирует классическая автоматическая коробка передач (не путать с преселективной роботизированной КПП, которую тоже часто обозначают как АКПП).

В основе работы любой ступенчатой коробки лежит взаимодействие между собой шестерен разных размеров.

По сути, коробка передач – это обычный многоступенчатый редуктор, которым можно управлять. Такой, к примеру, является обычная механическая коробка.

АКПП же значительно сложнее по конструкции. Если МКПП — это редуктор, то в АКПП он – лишь составной элемент, хоть один из основных.

В целом автоматическую коробку можно разделить на несколько составляющих:

• Механическая;
• Гидравлическая;
• Электронная.

Механическая составляющая – это и есть редуктор. В его основе лежит обычная планетарная передача.

В современных КПП, обладающих 4-мя и выше ступенями, таких передач несколько и образуют они так называемый планетарный ряд.

Несмотря на сложность конструкции, принцип работы такой КПП очень прост. Любая планетарная передача состоит из трех компонентов – солнечной шестерни, сателлитов, объединенных водилом, и зубчатого кольца.

ПОПУЛЯРНОЕ У ЧИТАТЕЛЕЙ: В чем разница между коаксиальной и компонентной акустикой, какую выбрать?

Особенность такой передачи заключена в том, что ведущим, ведомым или зафиксированным (обездвиженным) элементом может выступать любой из составных компонентов, благодаря чему и удается менять передаточное соотношение. Этим и воспользовались конструкторы при создании АКПП.

Так, если сделать ведущей солнечную шестерню, а водило с сателлитами будут ведомыми, при этом кольцо — зафиксировано, то на выходе получим максимальное передаточное соотношение.

Если же зафиксировать солнечную шестерню, подавать вращение на водило, а снимать его с планетарного кольца, то соотношение будет равным, то есть на выходе получаем прямую передачу.

Для получения вращения в обратную сторону (задний ход) достаточно зафиксировать водило, а вращение подавать на солнечную шестерню.

Для обеспечения блокировки шестерен планетарных передач, в конструкции АКПП применяются фрикционные муфты сцепления и ленточные тормоза.

В действие эти узлы приводятся гидравлической составляющей, работа которой контролируется и регулируется электронным блоком.

В итоге все выглядит так: электронный блок управления при помощи датчиков следит за несколькими параметрами – скоростью движения, оборотами коленчатого вала и т. д.

При надобности, он подает сигнал на открытие клапанов или срабатывание поршней гидравлической системы.

Те в свою очередь воздействуют на муфты или тормоза, блокируя вращение требуемого компонента планетарной передачи.

Полезно почитать: Как правильно ездить на коробке автомат.

Как правильно пользоваться вариатором? Азы

В первую очередь нужно понять, что автомобиль с вариатором не имеет педали сцепления. Водители, которые пересаживаются на такие машины с механики, имеют привычку задействовать левую педаль. Используя вариатор, достаточно работать только правой ногой. Левая всегда отдыхает у водителя. Этот, казалось бы, незначительный нюанс нужно запомнить. Что касается режимов работы, здесь все аналогично автоматической коробке:

• Р. Это паркинг. Он используется в ситуациях, когда машина приезжает к месту длительной стоянки. В данном случае задействует специальный блокирующий элемент, который предотвращает дальнейшее движение автомобиля.
• D – драйв. Это режим, при котором машина двигается вперед как обычно, с последовательным переключением передач.
• N – нейтраль. Применяется в случаях, когда машина стоит долгое время на наклонной поверхности. Для этого нужно включить ручной тормоз и перевести рычаг в соответствующее положение. В таком случае мы избавляемся от необходимости постоянно держать педаль тормоза нажатой. Режим актуален в случае, когда время остановки составляет более полуминуты.
• R — задняя передача.

Новые коробки передач с улучшенными характеристиками от Toyota

Для нового Avensis предлагается целый ряд современных коробок передач, основными характеристиками которых являются быстродействие, плавность переключения и высокая топливная экономичность.
Multidrive S — это совершенно новый бесступенчатый вариатор. Он предлагается в сочетании с двигателями Valvematic объемом 1,8 и 2,0 литра. Также все двигатели комплектуются новой 6-ступенчатой механической коробкой передач. Новый вариатор Multidrive S для двигателей Valvematic объемом 1,8 и 2,0 литра

— Мощный разгон, невероятно плавное переключение — Комфорт как при использовании автоматической коробки передач, выбросы CO2 и топливная экономичность, характерные для механической коробки передач — 7-скоростной спортивный секвентальный ручной режим переключения

Вариатор Multidrive S — последняя разработка Тойота в сфере бесступенчатых трансмиссий. Он обеспечивает невероятно плавное переключение, автоматически оптимизирует крутящий момент и расход топлива, всегда используя оптимальную частоту вращения коленчатого вала двигателя. В то время как в современных автоматических и механических коробках передач используется несколько наборов шестерен и сцепление для обеспечения различных передаточных чисел, Multidrive S обеспечивает бесконечное количество передаточных чисел благодаря двум коническим шкивам и сверхпрочному клиновому стальному ремню. Благодаря такому устройству Multidrive S меняет передаточные числа плавно и равномерно, что позволяет почти избежать толчков при переключении передач, свойственных традиционным трансмиссиям.

Multidrive S обеспечивает выдающуюся производительность. — Низкий выброс CO2 и высокая топливная экономичность достигаются благодаря тому, что бесступенчатая коробка передач позволяет двигателю работать в оптимальном диапазоне частот вращения коленчатого вала, получая максимальную отдачу от крутящего момента. — Отличные ходовые характеристики. Благодаря инновационной конструкции с использованием шкивов и клинового ремня, Multidrive S может поддерживать идеальное передаточное число, при котором двигатель работает в оптимальном мощностном диапазоне. — Невероятно плавное переключение с автоматической оптимизацией крутящего момента и расхода топлива при неизменно оптимальной скорости вращения коленвала двигателя.

Multidrive S непрерывно и незаметно изменяет передаточное число для снижения расхода топлива в обычных режимах движения. При небольшом повышении нагрузки на двигатель коробка передач начинает вести себя как 7-ступенчатая автоматическая коробка передач. Это помогает избежать высокочастного шума при быстром разгоне, характерного для бесступенчатой трансмиссии. При нажатии педали акселератора до упора коробка передач возвращается в прежний режим работы для использования оптимального диапазона оборотов двигателя.

Программа управления Multidrive S настроена для выбора оптимальных передаточных чисел в холмистой местности. При движении вверх по склону передаточное число будет выбираться таким образом, чтобы снизить количество переключений, а при движении вниз передаточные числа будут выбираться для наиболее эффективного торможения. Для более динамичного вождения водителю необходимо всего лишь нажать кнопку включения спортивного режима возле рычага переключения передач. В этом режиме используются передаточные отношения, обеспечивающие большие отдачу и мощность, лучше соответствующие динамичному стилю вождения. Для еще более ярких впечатлений от вождения Multidrive S можно переключить в секвентальный 7-скоростной режим ручного управления. Выбор передачи производится либо с помощью селектора трансмиссии, либо — на модификации с двигателем Valvematic объемом 2,0 литра — с помощью переключателей, расположенных по обеим сторонам от рулевого колеса.

С помощью подрулевых переключателей передач водитель может временно выйти из автоматического режима. При использовании режима активного переключения коробка передач находится в режиме D (автоматический режим). Однако, автоматический режим можно временно заменить ручным, например, чтобы располагать дополнительным запасом мощности при совершении обгона. Автоматический режим восстанавливается после нажатия и удерживания не менее секунды переключателя на более высокую передачу, при движении с постоянной скоростью и непрерывном разгоне в течение определенного промежутка времени или после остановки автомобиля. Новая 6-ступенчатая механическая коробка передач

— Более широкий диапазон передаточных чисел коробки передач для повышения топливной экономичности и снижения выброса CO2 — Более плавное переключение передач

Благодаря использованию в новой коробке расширенного диапазона передач удалось уменьшить число оборотов двигателя, что позволило повысить топливную экономичность и снизить уровень выбросов CO2. Двигатели нового Avensis теперь поставляются с 6-ступенчатой коробкой передач, а не с 5-ступенчатой, как раньше. Расход топлива был снижен благодаря уменьшению трения и сопротивления в коробке передач. Кроме того добавлен маслоотделитель, способствующий снижению степени взбалтывания масла; также в коробке используются подшипники низкого трения и масло пониженной вязкости.

Инженеры проделали значительную работу по улучшению плавности переключения передач новой коробки: по этому параметру она превосходит все ранее созданные механические трансмиссии компании Тойота. В системе синхронизации применяется синхронизатор высокой производительности, уменьшена ширина зубьев (шаг) с 2,1 до 1,6 и добавлена отдельная фаска (одна для синхронизации, одна — для зацепления). Для системы переключения была выбрана высокоэффективная схема переключения и стальная вилка симметричной жесткости. Эти три усовершенствования были впервые использованы совместно в автомобилях Toyota в одной коробке передач. Все эти изменения означают, что коробка передач работает более плавно по сравнению с трансмиссиями других моделей того же сегмента.

Для улучшения акустических и вибрационных характеристик коробки передач использовались методы компьютерного проектирования CAE (Computer Aided Engineering). С их помощью были разработаны детали овальной и конической формы более высокой прочности. Благодаря тщательным расчетам улучшена форма картера коробки, просчитано оптимальное расположение опоры подшипников и ребер жесткости. Геометрия зубьев также подверглась усовершенствованию: для зубьев 3-й, 4-й и главной передач был использован новый процесс шлифования.

av.by

autolink.by

Дополнительные режимы

Стоит сказать, что многие вариаторные коробки имеют еще несколько режимов работы. Среди них стоит отметить:

• L. В данном случае двигатель работает на повышенных оборотах с максимальным эффектом торможения. Этот режим актуален при длительных спусках в горах и при буксировке.
• S. Это спортивный режим. В данном случае используется весь потенциал двигателя. Как правило, машина разгоняется на 0,3-0,5 секунды раньше до ста. Режим подойдет для тех, кто хочет получить резкий старт со светофора.
• Е. Экономичный режим. Машина будет использовать минимальные обороты. При этом динамика разгона ухудшается, но и расход падает. Обычно такой режим применяют при спокойной, размеренной манере езды.

Модельный ряд вариаторов INNORED

Как тронуться?

Продолжаем изучать вопрос «как пользоваться вариатором». На «Тойоте» и других авто зарубежного производства схема пользования вариатором едина. Поэтому данную инструкцию можно применять к любой марке. Итак, садимся в автомобиль и устанавливаем ключ в замок зажигания. Проверяем, стоит ли машина на «паркинге» (режим Р). Если рычаг находится в положении «нейтраль», старт двигателя стоит производить после установки авто на ручник.

После этого нужно правой ногой выжать тормоз. Не отпуская ногу с педали, переводим ключ в замке в положение «старт». Ждем, пока запустится двигатель (как правило, это не более двух секунд). Далее переводим рычаг коробки в режим «драйв». Ногу с педали тормоза не отпускаем. После того как включился режим «драйв», можно начинать движение. Переводим правую ногу с педали тормоза на акселератор. Вот как пользоваться вариатором на «Кашкай» и других авто. Не забываем про ручник (если он включен, снимаем его). Дальнейшие переключения автомобиль будет производить самостоятельно.

Нейтраль на вариаторе

Можно ли сбрасывать рычаг в нейтральное положение на данной коробке? Здесь все аналогично автомату. Есть случаи, когда это можно сделать, а есть, когда недопустимо. Так, категорически запрещено использовать нейтральный режим, пытаясь двигаться «накатом». При попытке вновь включить «драйв» на скорости происходит существенный удар в сцепление, и коробка подвергается нагрузке. Поэтому в нейтраль следует переключаться только тогда, когда машина стоит в пробке и время простоя более 30 секунд.

Прогрев

Много вопросов возникает о том, как правильно пользоваться вариатором на «Ниссане» зимой. Здесь стоит сказать, что в данной КПП тоже имеется масло, выполняющее роль рабочей жидкости. Однако если в автомате его содержится порядка десяти литров, то в вариаторе всего семь. То есть прогревать коробку нужно, но время на это тратится меньше. Итак, как правильно пользоваться вариатором зимой? Прогрев можно осуществлять как на режиме паркинг, так и в нейтрали. Эти режимы практически не отличаются, за исключением того, что «паркинг» блокирует колеса. Поэтому просто заводим автомобиль и ждем пять минут, пока прогреются ДВС и коробка. Стоит сказать, что чем ниже температура, тем больше времени стоит уделить прогреву (и наоборот).

Если снег/лед

Как пользоваться вариатором на таком типе покрытий? Здесь нужно знать, что при пробуксовке колес на скользкой поверхности возможно зацепление их с более твердым покрытием. Так, водитель машинально давит на газ, когда машина «схватилась» и вот-вот поехала по снегу. Но тут на пути попадается асфальт, и колеса встречаются с ним на высокой скорости оборотов. В итоге — существенный удар на сцепление. Происходит износ гидромуфты. За пару таких приемов она и вовсе может износиться. То же самое касается езды с цепями. Не стоит резко жать на газ, когда машина вот-вот тронулась. Все это существенно отображается на сцеплении коробки, особенно если это цепи-браслеты. Поэтому на скользкой дороге двигаемся максимально плавно и аккуратно, даже если машина уже начала ехать после того, как забуксовала. Ну и конечно же, нужно следить за температурой масла в коробке. Длительных пробуксовок коробка точно не выдержит.

Преимущества онлайн оформления страхового полиса

Несмотря на то, что страховой полис без ограничений имеет фиксированную плату, которая регулируется государственными законами, купить ОСАГО через интернет, также можно.

Оформляя мультидрайв ОСАГО без ограничения водителей через интернет вы получаете гарантию покупки без навязывания дополнительных услуг и гарантированную, точную цену при оформлении. Также возможность получить полис на электронную почту.

Если у вас остались вопросы, Вы всегда можете обратиться к страховой компании за бесплатной консультацией. Оставайтесь в безопасности на дорогах вместе с лидерами в области страхования онлайн – Иншурин.

Поделиться новостью в соцсетях Метки: Без ограничений, Страхование ОСАГО, Страховка авто

Похожие записи
• В какой страховой компании ОСАГО онлайн реально купить
• Страхование ОСАГО не выгодно для страховых компаний, в чем причина?
• Что делать если отказывают в автостраховании ОСАГО?

«

О резких нагрузках

Многие слышали о том, что резкие нагрузки на коробку приводили к скорому ее выходу из строя. Это действительно правда. В силу своей конструкции эти трансмиссии не способны «переваривать» большой крутящий момент. Однако как этого не допустить? Как пользоваться вариатором? Все просто. Нужно отказаться от частой агрессивной езды и прогревать коробку в зимнее время. Также отметим, что на многих коробках электроника способна сигнализировать о перегревах. Так, если температура масла выше нормы, на панели приборов загорится соответствующая лампа. А на некоторых авто электроника и вовсе не даст сдвинуться с места, пока коробка не остынет.

Принцип работы

Как известно, для изменения передаточных отношений классических редукторов необходимо подключать к ведущей шестерне различные комбинации зубчатых элементов, с целью понизить или повысить скорость вращения. В вариаторе всё решается посредством раздвижных шкивов. Если половинки этого элемента сдвигаются навстречу друг другу, то они выдавливают ремень выше, и он зацепляется на больший диаметр. А на другом шкиве автоматически происходит расхождение конусообразных половинок. Ремень проваливается вниз и зацепляется на меньший диаметр. Таким образом, количество передаточных отношений коробки CVT можно считать бесконечным.

Вариатор и бездорожье

Об этом тоже стоит поговорить отдельно. Многие задаются вопросом о том, как пользоваться вариатором на «Митсубиси Аутлендере» и других внедорожниках. Вариатор не предназначен для эксплуатации по грунтовке или бездорожью. Всего нескольких пробуксовок достаточно для того, чтобы перегреть трансмиссию. Поэтому, если вы часто ездите по такой местности, лучше выбирать авто на механике. Но как пользоваться вариатором на «Аутлендере» в такой ситуации?

В случае если машина села на «брюхо», не стоит предпринимать отчаянных попыток сдвинуть ее с места. Иначе перегрев КПП будет обеспечен. Актуальна лишь эвакуация. Также не стоит часто переключаться из режима R в «драйв», пытаясь раскачать машину. Из-за этого существенно изнашиваются шлицевые соединения коробки.

Цель программы мультидрайв

Чтобы ответить на вопрос — что такое мультидрайв КАСКО, стоит сравнить этот продукт со стандартной автогражданкой. Допустим, вы оформили полис ОСАГО и внесли в список лиц, допущенных к управлению, нескольких человек. В данном случае вы не переплачиваете, поскольку автогражданка принимает вид «ограниченного полиса».

Для неограниченного количества водителей нужно вносить доплату и порой немалую. В отличие от этих условий, программа мультидрайв предполагает неограниченный состав лиц, допущенных к управлению ТС, но без дополнительной платы.

Давайте сравним предлагаемый продукт со стандартным КАСКО. Заключая договор на обычных условиях, за расширенный список водителей доплачивать приходится гораздо больше, чем по ОСАГО.Предлагаемая программа обходится по той цене, если бы договор оставался с ограниченным списком управляющих авто. Кроме того, все остальные риски (угон, ущерб) остаются и покрываются предусмотренным лимитом.

Нужно отметить, что имущественная защита транспортных средств не является обязательной, так как государство не регулирует этот вопрос. Соответственно, в отличие от ОСАГО стандартные тарифы не прописаны, но страховщики сами устанавливают их. Поэтому некоторые компании допускают любых водителей к вождению машины, если их стаж вождения составляет более 2-х лет, а возраст превышает 22 года.

За «молодых» шоферов может взиматься доплата, но не настолько большая, как при традиционном договоре страхования.

Обслуживание

Нужно знать и нюансы обслуживания, а не только лишь то, как пользоваться вариатором. На «Митсубиси», как и на других машинах с данной КПП, должна производиться регулярная замена масла. Регламент составляет 60 тысяч километров. Важно знать, что масло должно соответствовать всем допускам и спецификациям. Рекомендуется использовать только оригинальные продукты. Дело в том, что вариатор более требователен к качеству и свойствам масла, нежели автомат и механика. Поэтому сюда заливается только жидкость от проверенного производителя. Что касается ремонта, при любых признаках пробуксовки или иной некорректной работы КПП, нужно отправляться на детальную диагностику в СТО. Устройство вариатора довольно сложное, поэтому ремонт коробки должен осуществляться только профессионалами.

Также отметим, что даже при регулярном обслуживании ресурс такой трансмиссии не превышает 200 тысяч километров. Это нужно учитывать, приобретая подержанный автомобиль.

Multidrive S от Toyota | Приводная техника/компоненты привода

Опубликовано : 25 Сен 2013 | Рубрика: Вариаторы
Вариатор Multidrive S от азиатского производителя Toyota — это последняя разработка в сфере как таковых бесступенчатых трансмиссий. Multidrive обеспечивает просто невероятно легкое и плавное переключение при этом автоматически оптимизируя крутящий момент, а так же расход топливо, что является традиционным для бесступенчатых трансмиссий. В то время как в современности автоматических, а так же механических коробок передач часто используется по-нескольку наборов сцеплений для более легкого обеспечения разных передаточных чисел, Multidrive обеспечивает не просто несколько, а бесконечное количество передаточных чисел с учетом всего двух конических шкив и очень прочному стальному ремню. Благодарю устройству Multidrive меняются плавно и равномерно передаточные числа и при этом позволяет избегать толчков при любом переключение передач.

Стоит отметить что компания Toyota поработала на славу, их Multidrive производит и обеспечит сверх производительностью.

При этом стоит отметить такие качества как:

1) Очень низкий выброс в атмосферу CO2 и даже при этом сохраняется высокая экономичность топлива. Все благодаря тому, что коробка передач дает возможность двигателю работать в более оптимальном диапазоне частот при вращение коленчатого вала, при этом получается даже очень максимальная отдача от крутящего момента.

2) Великолепные ходовые характеристики. Из-за инновационной конструкции, которая использует шкив и клиновый ремень.

3) И последнее все таки плавное и легкое переключение с автоматической оптимизации все того же крутящего момента и расхода топлива.

Грамотно оформленная документация для перевозки негабарита позволит оградить себя от проблем в пути.

Loading …

mosprivod.ru

Причины и признаки поломки

Рассмотрим наиболее частые из них:

• Невозможность включить какую-либо передачу. Это говорит о выходе из строя селектора КПП. Также могут быть проблемы с электропроводкой (окисление контактов, разъемов либо механическое повреждение проводов).
• Удары при переключении из «нейтрали» в «драйв». Здесь имеет место неисправный электромагнитный клапан давления. Также пинки происходят из-за неисправного блока управления.
• Падение динамики разгона. Машина не может двигаться при нажатии на акселератор. В этой ситуации могут быть проблемы с гидротрансформатором, блоком управления либо с муфтой переднего хода.

Вариаторная коробка передач (вариатор) делает езду комфортнее

Вариатором называют бесступенчатую коробку передач. В быту она носит название вариаторная коробка передач. Ее действие основано на плавном изменении значения передаточного числа. У вариатора есть свои плюсы по сравнению с другими видами коробок передач. Это эффективность использования мощности двигателя (достигается путем соотношения нагрузки и оборотов коленчатого вала), в связи с этим удается экономно расходовать топливо.

В авто, оснащенном вариатором, легко почувствовать комфорт и удобство при езде, так как это возможно благодаря непрерывному крутящему моменту и отсутствию рывков.

В основном, такие коробки применяются в легковых автомобилях из-за ограниченной величины мощности, но, тем не менее, область их использования постоянно расширяется. Стоит отметить сложность исполнения вариатора, как с технологической, так и с технической точки зрения.

Устройство вариатора

В общем, вариаторная коробка передач серьезно отличается от механической коробки передач, что стоит на автомобилях ВАЗ, и имеет следующую конструкцию. Она состоит из:

• специального механизма, обеспечивающего передачу крутящего момента, а также разъединение при нейтральном положении вариаторной коробки передач от двигателя;
• самого вариатора;
• устройства, реализующего работу заднего хода авто;
• системы управления.

Первый механизм, позволяющий передавать крутящий момент, может быть выполнен в таких вариантах: сцепление автоматическое, центробежное, гидротрансформатор и многодисковое сцепление с электронным управлением. Наиболее популярно сцепление гидротрансформатора и двигателя. В этом варианте наблюдается наиболее плавная передача и меньший износ коробки передач.

Вариатор может быть клиноременным, цепным, тороидальным и т. д.

Клиноременный и клиноцепной вариатор

Данный вид вариатора наиболее востребован у автопроизводителей. Он состоит из ременной передачи (иногда из 2 передач). Такая передача представлена ремнем и шкивами. Первые ремни были недолговечными и быстро изнашивались. Их изгиб был небольшим, поэтому они не могли дать широкий диапазон значений.

Сейчас же используется достаточно гибкий металлический ремень. Передача реализуется благодаря трению шкив и ремня. Такие ремни выгодно отличается прочностью и долговечностью, также они более гибкие.

Клиноременный вариатор еще называют вариатор CVT. Когда двигатель набирает обороты, в действие приходит гидротрансформатор. С его помощью крутящий момент передается на первичный вал. Гидроцилиндр воздействует на ведущий шкив, сходятся «щеки» и увеличивается трение с ремнем.

Затем усилие от трения передается на ведомый шкив, соединенный с вторичным валом. Так реализуется низкая передача. Далее при увеличении оборотов происходит изменение диаметров и передаточное число изменяется.

Такой вариатор работает плавно, без резких рывков, так как электронная система сама выбирает необходимое количество оборотов двигателя и значение передаточного числа на шкивах.

В некоторых вариаторах вместо ремня используется цепь. Она представляет собой пластины с осями. Такое устройство вариатора дает еще большую гибкость. Такая коробка имеет минимальные потери крутящего момента, а также высокий КПД.

Особенности работы вариатора

Вариатор оснащен электронной системой. С ее помощью можно менять синхронно диаметры шкивов под каждый режим работы, управлять работой сцепления, управлять планетарным редуктором. Управлять вариаторной коробкой можно с помощью селекторного рычага. У него режимы управления схожи с режимами АКПП.

Принцип работы вариатора клиноременного характеризуется изменением диаметров шкивов в зависимости от условий движения. Диаметр можно изменять при помощи привода. Во время начала движения у ведущего шкива наименьший диаметр, а ведомый имеет максимальный диаметр.

Когда обороты увеличиваются, изменяется значение диаметров: у ведущего шкива он увеличивается, а у ведомого шкива уменьшается. Таким образом, передаточное число становится меньше. Далее вариатор просто поддерживает необходимые обороты двигателя, что обеспечивает лучшую мощность и динамические характеристики автомобиля.

Чтобы вариатор служил долго

Для долгой и качественной работы вариатора необходимо:

• проверять уровень жидкости, при необходимости заменять ее;
• в зимнее время не перегружать трансмиссию;
• следить за работой датчиков и разъемами и проводкой на предмет обрыва.

Такие действия помогут для реализации безаварийной работы вариатора.

А вот видео про то, как работает вариатор, жаль, что его достаточно сложно поставить на ВАЗ 2106 тюнинг:

Также на эту тему вы можете почитать:

Поделитесь в социальных сетях

Alex S 30 октября, 2013

Опубликовано в: Полезные советы и устройство авто

Метки: Как устроен автомобиль

ДИЗАЙН ВАРИАТОРА Оптимальная конструкция и настройка вариатора для скутера, квадроцикла, микроавтобуса и т. Д. По NT-Project

Механический вариатор STEM-модели от Ugears

Соберите его и узнайте, как работает Вариатор.

• В модельном комплекте есть QR-код к учебному пособию о механизме, принципе его работы, основных характеристиках, формулах.Также в нем есть интересные задания.
• Погрузитесь в дополненную реальность и посмотрите, как работает Вариатор. Взаимодействуйте с моделью через специальное AR-приложение от Ugears

Узнайте о вариаторе и узнайте, как он работает

Вариатор — это устройство, которое передает и регулирует крутящий момент двигателя путем изменения передаточного числа. Передаточное число может изменяться автоматически, вручную или в рамках заранее заданной программы. Термин, который более привычен для большинства водителей и автолюбителей, — это бесступенчатая трансмиссия или вариатор.С помощью деревянного пазла «Вариатор» из коллекции STEM lab вы сможете изучить и понять одну из самых важных частей автомобиля, не пачкая руки машинным маслом!

Кто изобрел вариатор и когда

Корни современного автомобильного вариатора восходят к 1879 году, когда американский предприниматель и пионер автомобильной промышленности Милтон Отелло Ривз изобрел устройство для использования в лесопилении, которое он затем назвал трансмиссией с регулируемой скоростью. Позже он начал устанавливать эту трансмиссию на свои автомобили.Вариатор Reeves также использовался несколькими другими производителями.

Использовать

CVT используется в механизмах, в которых необходимо плавно изменять непрерывный диапазон передаточных чисел: автомобили, мотороллеры, снегоходы, квадрациклы, конвейеры, металлорежущие станки и т. Д. различные типы оборудования, попробуйте приложение AR, которое поставляется с моделью Ugears STEM.

Дизайн и принцип работы 3D-пазла Вариатор

Механический пазл Variator из лабораторной коллекции Ugears STEM представляет собой полностью функциональную деревянную копию вариатора с фрикционным конусом с ременным приводом.Конусный вариатор изменяет передаточное число, перемещая колесо или ремень вверх и вниз по оси конического ролика. В модельном комплекте Ugears Variator ремень, приводимый в действие вручную через редуктор, передает вращение на ведомые конические шкивы. Используйте вилку трансмиссии для переключения передач и наблюдайте, как скорость ведомого шкива конуса падает или повышается, в то время как скорость шкива ведущего конуса остается прежней. Благодаря открытому дизайну модели вы сможете увидеть весь процесс.

Головоломки Ugears STEM разработаны для разных возрастных групп с особым упором на обучающую составляющую.Сборка модели будет интересной и не займет много времени.

Moped Wiki — Moped Army

Эта статья относится к трансмиссии вариаторного типа.О ветке армии мопедов см. Вариаторы.

Вариатор является элементом бесступенчатой ​​трансмиссии, обычно используемой на мопедах и других транспортных средствах с малым двигателем. Мопеды Motobecane, Peugeot, Derbi, Vespa, Minarelli и Honda предлагали по крайней мере одну модель с вариоматической трансмиссией.

Работа вариатора

Variomatic используются центробежные грузы для уменьшения передаточного числа двигателя при увеличении частоты вращения. Это позволяет вариатору поддерживать двигатель в пределах его оптимальной эффективности при наборе путевой скорости или изменении скорости для подъема на холм.Эффективность в этом случае может быть топливной экономичностью, снижением расхода топлива и выбросов, или энергетической эффективностью, позволяющей двигателю развивать максимальную мощность в широком диапазоне скоростей.

Поскольку вариатор поддерживает постоянную скорость вращения двигателя в широком диапазоне скоростей автомобиля, поворот ручки газа заставит мопед двигаться быстрее, но не изменит звук, исходящий от двигателя, так сильно, как при использовании обычных двухскоростных или односкоростных двигателей. скорость. Это сбивает с толку некоторых гонщиков и приводит к ошибочному впечатлению об отсутствии мощности.

Марки вариаторов

Mobymatic от Motobecane

Motobecane выпустили свою первую и единственную трансмиссию на основе вариатора, Mobymatic, в 1957 году, через год после того, как голландец Хуб Ван Дорн изобрел вариатор, даже раньше, чем появился первый автомобиль с вариатором.

Mobymatic состоит из шкива переменного размера, который приводится в движение от двух до четырех утяжеленных шарикоподшипников и соединен с двухфункциональным автоматическим сцеплением. Шкив вариатора вращает шкив фиксированного диаметра, прикрепленный к цепи главной передачи.

Коробка передач Mobymatic входила в стандартную комплектацию моделей Motobecane вплоть до их последнего выпуска в начале 2000-х годов. Единственная разница между ранними моделями и более поздними выпусками заключалась в отказе от ключа Woodruff.

Хотя конструкция и не самая лучшая с точки зрения возможности настройки или работы сцепления, это была недорогая рабочая лошадка, которая не требовала никакого обслуживания в течение всего срока службы двигателя, кроме регулярной подачи смазки через пресс-масленку каждые несколько сотен миль.

Руководство по разборке вариатора Motobecane.

Вариатор Vespa

Vespa устанавливался на все их роскошные модели мопедов, Bravo, Grande, Vespa Si, и даже на высококлассную версию их эконом-модели, Vespa Ciao Deluxe. Этот привод отличается от Mobymatic тем, что разделяет механизмы сцепления и вариатора, использует двойные регулируемые шкивы и полностью исключает главную цепную передачу. Вариатор приводится в движение от кривошипа двигателя с помощью регулируемого шкива, приводимого в действие под весами роликов.Ремень протягивается между двигателем и задним колесом, где расположены муфта сцепления и рессорный шкив. Пружинный шкив удерживает ремень в натянутом состоянии, требуя, чтобы два шкива двигались относительно друг друга, как это делают французские шкивы. В Vespa также есть коробка передач внутри ступицы заднего колеса, где выходной сигнал вариатора снижается на передаточное число главной передачи, а затем применяется к колесу.

В вариаторе Vespa используются пять роликовых грузов. Отсутствие симметрии этой конструкции означает, что характеристики вариатора не могут быть изменены путем снятия грузов.однако некоторые модели поставлялись с шестью или восемью вариаторами веса.

Honda Вариатор

Honda по сути скопировала дизайн своего вариатора и, возможно, всего своего мопеда PA50 с Vespa Bravo. Они используют те же функции, но с некоторыми техническими отличиями.

Съемник сцепления для Honda TRX 500 Rubicon отделяет задний толкатель кулачка вариатора Hobbit и неподвижную ведущую поверхность — Никаких разрушений или других жестоких методов не требуется — Спасибо smallbikewithmotor за выяснение этого

Вариатор Derbi

Есть 6 вариаторов веса и 3 вариатора веса для Derbi (6 весов совместимы с Honda Hobbit).Есть также вариаторы производительности, такие как вариатор TJT. Чтобы лучше понять функции двойных вариаторов и контрпружин, прочтите следующую ссылку http://www.apriliaforum.com/forums/showthread.php?t=8960

Peugeot Вариатор

Peugeot, используемая на большинстве моделей мопедов Peugeot (в первую очередь, , а не 102SP), очень похожа на систему, используемую в Motobecane, хотя системы не являются взаимозаменяемыми. Вариатор с центробежным приводом от веса и встроенной муфтой соединен с большим шкивом фиксированного диаметра, прикрепленным к цепи главной передачи.Натяжение ремня поддерживается постоянным за счет того, что весь двигатель вращается вниз на опорах при увеличении скорости, а пружина возвращает его в исходное положение при уменьшении.

основная функция вариатора прочтите это или кто-то прикрепит его к нашей вики http://www.apriliaforum.com/forums/showthread.php?t=8960

Настройка вариатора

См. Настройку вариатора

Метод Монте-Карло первого порядка проектирования анаморфных зум-объективов для кино

1.

Введение

Основная функция системы визуализации, по своей сути, — это способ сопоставления пространства объекта с пространством изображения.Свойства этого сопоставления, такие как относительные размеры объекта и изображения, в значительной степени определяются определенной характеристикой системы визуализации, либо эффективным фокусным расстоянием (EFL) для бесконечных сопряженных объектов, либо увеличением для конечных сопряженных объектов. В типичном случае систем, обладающих вращательной симметрией, EFL или увеличение является постоянным по азимуту вокруг оптической оси, и в результате степень отображения объект-изображение остается постоянной по азимуту. Однако постоянное азимутальное картирование не является требованием для построения изображений.Можно задаться вопросом о преимуществах отображения изображения, которое вместо этого изменяется по азимуту. Одно из таких обстоятельств было исследовано Анри Кретьеном при разработке перископа для танков. ^{1 , 2} С более важной информацией, появляющейся сбоку в сцене, Кретьен понял, что операторам танков требуется широкое горизонтальное поле зрения, но с как можно меньшим отверстием в резервуаре. Решением стал перископ с цилиндрической оптикой для получения «растянутого» горизонтального поля зрения посредством азимутально изменяющейся карты изображения.Перископ Кретьена является примером анаморфной оптической системы, которая определяется как система, которая питается по-разному в двух ортогональных плоскостях симметрии. ³ В анаморфных системах результатом такой ортогональной разницы в мощности и ортогональной разницы в отображении изображений является то, что изображения кажутся пространственно сжатыми и растянутыми вдоль этих перпендикулярных осей. Чтобы вносить мощность по-разному по разным осям, анаморфные конструкции требуют несимметричных относительно вращения оптических элементов.Чаще всего это достигается с помощью цилиндрических оптических поверхностей, которые передают оптическую силу вдоль одной оси, но также используются разные пары призм, ^{4 , 5} тороидальные поверхности, ⁶ и оптика с градиентным показателем преломления ⁷ . . Анаморфная оптика очень давно использовалась в самых разных областях, начиная с начала девятнадцатого века. ⁸

Начиная с середины двадцатого века с появлением «CinemaScope», анаморфные кинообъективы стали широко использоваться при съемке фильмов. ⁹ Анаморфные линзы были первоначально разработаны в кино для захвата широкоэкранных изображений с высоким соотношением сторон, сжатых в стандартизованных форматах и ​​форматах фильмов с более низким соотношением сторон [Рис. 1 (а)]. ¹⁰ Таким образом достигается более высокое разрешение изображения и оптическая пропускная способность, чем при съемке того же широкоэкранного формата со стробированием, что означает, что верхняя и нижняя части ячейки пленки не используются [Рис. 1 (б)]. Хотя сегодня доступны более индивидуализированные форматы сенсоров, анаморфные линзы остаются популярными в кино благодаря своим уникальным характеристикам изображения, включая эллиптическое боке, дифференциальную глубину резкости ¹¹ и линейную засветку линз.Уникальным аспектом проектирования линз для кино является внимание, которое необходимо уделять этим художественным свойствам, ¹² , величина которых зависит от анаморфного соотношения, а также критическая спецификация, относящаяся к мощности изображения в плоскостях симметрии. Создание анаморфных линз также ставит множество новых проблем, с которыми не сталкиваются вращательно-симметричные системы, в основном из-за расширенного набора существующих аберраций. ^{13 , 14} Наиболее важно, что анаморфные конструкции должны устранять осевой астигматизм с обеими ортогональными плоскостями симметрии изображения на единой фокальной плоскости. ¹⁵

Рис. 1

Широкоэкранное изображение, снятое на пленочную ячейку с помощью (а) анаморфной линзы и (б) осесимметричной линзы. Анаморфное изображение пространственно сжимается в соответствии с анаморфным соотношением и заполняет всю ячейку пленки. В качестве альтернативы изображение от осесимметричного объектива должно быть стробировано, чтобы захватить полноэкранное изображение, но верх и низ ячейки пленки не используются.

Как обсуждалось, отображение пространства объекта в пространство изображения зависит от характеристики первого порядка системы формирования изображения, а именно EFL или увеличения в зависимости от сопряженного элемента изображения.Объектив с переменным фокусным расстоянием определяется как имеющий непрерывно регулируемый EFL или увеличение, что позволяет непрерывно изменять отображение изображения без необходимости перефокусировки. Это дает возможность непрерывно изменять поле зрения для заданного формата и управлять такими свойствами изображения, как глубина резкости. Эта дополнительная универсальность, а также необходимость в меньшем количестве объективов с фиксированным фокусным расстоянием («основных») объясняют, почему зум-объективы стали обычным явлением в киноиндустрии. ¹⁶ Конструкция зум-объективов была детально изучена, особенно в отношении необходимой конфигурации первого порядка. ^{3 , 17 , 18} В простейшем случае система масштабирования требует двух независимых движущихся групп оптических элементов, вариатора для изменения EFL и компенсатора для поддержания фиксированного положения изображения. Было представлено много различных методов для практического достижения этих требований первого порядка, включая методы Монте-Карло. ^{19 — 21}

Из-за того, что в кино широко используются как анаморфные, так и зум-объективы, совместные анаморфные зум-объективы, естественно, также являются важным кинематографическим инструментом.В конструкции анаморфных зум-объективов исторически разделились анаморфные элементы и движущиеся группы зуммирования. ^{22 — 24} Это было сделано для простоты, но за счет увеличения размера и веса и более ограниченной коррекции аберраций. Анаморфный модуль может быть размещен либо спереди, либо сзади осесимметричного модуля масштабирования с различными оптическими эффектами. ¹⁵ Оставался вопрос, какие возможности существуют для единого комбинированного анаморфного модуля масштабирования, в котором движущиеся оптические элементы также являются анаморфными элементами.Преимущество такой сложной конструкции заключается в значительном уменьшении размера и веса линзы за счет объединения двух модулей линз в один. На этот вопрос недавно впервые ответил Dodoc ¹⁵ , который представил два типа комбинированных анаморфных модулей масштабирования. С таким недавним появлением возможности этих двух типов анаморфных модулей масштабирования еще предстоит полностью оценить.

По отдельности проектирование анаморфных и зум-объективов с высокими характеристиками является сложной задачей, поэтому задача разработки комбинированного анаморфотного зум-объектива весьма значительна.В отличие от вращательно-симметричных дизайнов, пространство дизайна с анаморфным масштабированием гораздо более изолированно, что очень затрудняет переход между различными пространствами решений. По этим причинам, имея в виду конечную цель окончательной конструкции с удовлетворительными характеристиками и производственными допусками, необходимо уделять значительное внимание конфигурации первого порядка начальной конструкции. В этой статье исследуется глобальное пространство дизайна двух новых анаморфных конфигураций масштабирования, представленных Dodoc. ¹⁵ Используя метод поиска Монте-Карло, пространства решений этих двух типов проектов полностью исследуются для статистического определения наиболее многообещающих проектных конфигураций первого порядка.Представлен метод поиска Монте-Карло, в том числе способ случайного генерирования анаморфных решений масштабирования первого порядка, адаптированных к системным спецификациям. Затем все сгенерированные решения можно оценить на предмет успешной трассировки лучей и сравнить на основе различных показателей производительности. Результат дает начальную точку первого порядка, близкую к идеальной, которая позволит создать удовлетворительный окончательный дизайн анаморфного зум-объектива для кино.

2.

Конфигурации дизайна первого порядка

Как анаморфный, так и масштабный дизайн представляют уникальные трудности на уровне первого порядка, которые необходимо понимать индивидуально, прежде чем пытаться объединить анаморфные конфигурации масштабирования.

Из-за потери степени вращательной симметрии анаморфные системы представляют собой уникальные конструктивные проблемы, которых нет в осесимметричных оптических системах. Наиболее важно то, что содержание аберраций в анаморфных системах отличается от тех, которые обнаруживаются в осесимметричных системах. Для анаморфной системы обе ортогональные плоскости симметрии x − z и y − z обладают аберрациями Зейделя, но в разном количестве. Однако существует восемь дополнительных неосимметричных аберраций, возникающих из-за перекоса лучей, не лежащих в одной из плоскостей симметрии, как показали Юань и Сасиан. ^{13 , 14} Осевой астигматизм является примером такой аберрации, наблюдаемой в анаморфных, но не осесимметричных системах. Наличие осевого астигматизма в анаморфной системе можно понять, сначала рассмотрев один анаморфный элемент, такой как цилиндрическая линза. Для точечного источника на оси цилиндрическая линза создает осевое линейное изображение, ориентированное перпендикулярно цилиндрической оси. Чтобы создать стигматическое изображение на оси, второй анаморфный элемент должен быть ориентирован ортогонально первому и должен поддерживать положение изображения, совпадающее с положением изображения первого анаморфного элемента (см.рис.2). Это устранение осевого астигматизма представляет собой ключевое требование для допустимых анаморфных конфигураций первого порядка (VFO), как описано в разд. 3.1. Еще одним следствием ортогональных анаморфных элементов является то, что существует не более двух конъюгатов, для которых возможна стигматическая визуализация на оси. ¹³ Это налагает ограничение на перефокусировку для разных расстояний до объекта и было причиной печально известной проблемы с ранними анаморфными кинообъективами, известной как «анаморфный свинка», где близкое положение фокуса представляло значительный осевой астигматизм.Позднее эта проблема была решена Валлином ²⁵ с использованием оригинального метода компенсации осевого астигматизма путем вращения двух цилиндрических элементов относительно друг друга.

Рис. 2

Наличие осевого астигматизма для анаморфной системы из-за изменения конъюгатов. Одна система показана в ортогональных плоскостях симметрии x-z и y-z, где цилиндрические элементы обладают мощностью по одной оси и не обладают мощностью по другой. Стигматическая визуализация происходит только для одного конъюгата (зеленые лучи).Изменение сопряженного изображения (синий и красный лучи) вносит осевой астигматизм.

Системы масштабирования также накладывают дополнительные ограничения на проекты первого порядка. По определению, зум-объектив должен иметь непрерывно регулируемый EFL (или увеличение), а также сохранять фиксированное положение изображения. Последнее требование заключается в обеспечении того, чтобы объект оставался в фокусе при масштабировании. При механически скомпенсированном масштабировании, по крайней мере, две группы элементов должны перемещаться независимо, чтобы соответствовать этим требованиям: вариатор для изменения EFL и компенсатор для поддержания фиксированного положения изображения. ¹⁷ Дополнительные группы, как фиксированные, так и подвижные, часто используются для обеспечения дополнительной коррекции аберраций, механизма фокусировки и фиксированной общей длины дорожки (TTL), где TTL — это расстояние от первой вершины поверхности до изображения. Требование ко всем группам масштабирования состоит в том, чтобы их движения не «сбивались», то есть их положения не пересекались при масштабировании. Это потребовало бы, чтобы группы изменили порядок при масштабировании, что невозможно реализовать с помощью стандартной механики. Наконец, конфигурации масштабирования часто классифицируются по порядку их групп на основе знака их мощности: положительный (P), отрицательный (N) или минимально мощный (X).Например, NPX будет обозначать трехгрупповое масштабирование с отрицательной, положительной и минимальной группой в указанном порядке. Пространство дизайна с глобальным масштабированием состоит из всех возможных комбинаций знаков мощности в зависимости от количества групп.

Сосредоточившись теперь на дизайне комбинированного анаморфного масштабирования, Dodoc представил два типа конфигураций первого порядка, которые включают анаморфные компоненты в движущиеся группы масштабирования. ¹⁵ Оба типа могут соответствовать стандартным ограничениям масштабирования и ограничению поддержания постоянного анаморфного соотношения посредством масштабирования.Напомним, для бесконечной сопряженной анаморфной системы анаморфное соотношение определяется как отношение фокусных расстояний системы в ортогональных плоскостях симметрии x − z и y − z:

Конфигурация анаморфного масштабирования I типа [Рис. 3 (а)] состоит из шести групп масштабирования с использованием двух вариаторов и двух компенсаторов, всего четыре внутренних движущихся группы. При использовании цилиндрических элементов одна пара вариатор-компенсатор работает исключительно в плоскости x-z, а другая пара работает исключительно в плоскости y-z.Неподвижные передняя и задняя группы вращательно-симметричны и служат в обеих плоскостях симметрии как фокусная и ретрансляционная группы соответственно. Это означает, что разница в фокусных расстояниях системы в плоскостях x − z и y − z согласно анаморфному соотношению полностью объясняется четырьмя анаморфными подвижными группами (двумя парами вариатор-компенсатор). Наконец, упор диафрагмы расположен после всех движущихся групп в группе реле, чтобы поддерживать постоянное диафрагменное число за счет увеличения с постоянным диаметром диафрагмы.Конфигурация типа I по существу представляет собой две независимые четырехгрупповые схемы масштабирования в ортогональных плоскостях, связанных анаморфным соотношением, и две общие стационарные группы. Как будет видно в разд. 3.1, два связанных четырехгрупповых зума являются основой для генерации решений первого порядка типа I.

Рис. 3

Конфигурации первого порядка типа I и типа II, представленные Dodoc ¹⁵ для комбинированных анаморфных схем увеличения. Оба типа конфигураций изображены с вырезами по ортогональным плоскостям симметрии.(а) Тип I использует две пары анаморфных вариатор-компенсатор, работающих в ортогональных плоскостях. (b) Тип II использует сферический вариатор, совместно используемый двумя анаморфными компенсаторами, ориентированными в ортогональных плоскостях. Оба типа имеют фиксированные фокусные и релейные группы спереди и сзади соответственно. Упор диафрагмы находится в группе реле.

Конфигурация анаморфного зума типа II [Рис. 3 (b)] состоит из пяти групп с одним сферическим вариатором и двумя цилиндрическими компенсаторами, ориентированными ортогонально по x и y, всего три внутренних движущихся группы.Как и в конфигурациях типа I, первая и задняя группы являются стационарными и используются как фокусирующая и ретрансляционная группы, соответственно, где анаморфное соотношение передается двумя цилиндрическими компенсаторами. Упор диафрагмы снова находится в релейной группе. В отличие от типа I, есть три дополнительных ограничения на конфигурацию типа II из-за общего сферического вариатора. Эти ограничения предназначены для обеспечения постоянного анаморфного соотношения посредством масштабирования, как показано Dodoc. ¹⁵ Во-первых, в обеих ортогональных плоскостях симметрии маргинальный пучок лучей должен входить в конечную (ретрансляционную) группу коллимированной.Во-вторых, отношение фокусных расстояний цилиндрического компенсатора должно быть равно анаморфному соотношению системы. В-третьих, расстояние между цилиндрическими компенсаторами должно быть равно их разности фокусных расстояний. Эти дополнительные ограничения означают, что для генерации решений первого порядка типа II необходимо использовать модифицированное четырехгрупповое масштабирование, как это сделано в разд. 3.1.

Для каждого типа конфигурации пространство дизайна анаморфного масштабирования состоит из всех возможных комбинаций порядка групповой мощности и ориентации цилиндров (см. Таблицу 1).Например, на рис. 3 конфигурация типа I находится в пространстве решений PNNPPN-YXYX, поскольку порядок знаков мощности группы равен PNNPPN, а ориентация четырех цилиндрических движущихся групп — YXYX. В этом примере видно, что форма проекта — это PNPN как по x, так и по y, поэтому это пространство решений можно дополнительно обозначить как PNPN-YXYX. Точно так же конфигурация типа II на рис. 3 находится в пространстве решений PPNP-XY. Это всего лишь две из множества возможных комбинаций порядка мощности и цилиндров для обеих конфигураций.

Таблица 1

Количество пространств для решения анаморфного масштабирования для конфигураций первого порядка типа I и типа II. Общее количество пространств решений происходит из всех возможных порядков групповой мощности и ориентации цилиндра.

Для типа II, поскольку отношение фокусных расстояний компенсатора должно быть равно анаморфному соотношению системы, компенсаторы должны иметь одинаковую знаковую силу.Это означает, что для типа II с пятью группами, но с четырьмя независимыми степенными знаками существует 24 = 16 степенных комбинаций. Из-за дополнительных ограничений компенсатора для конфигураций типа II существует только 1 действующий заказ цилиндрических элементов, в зависимости от знака компенсаторов. Для положительных компенсаторов порядок цилиндров должен быть YX, а для отрицательных компенсаторов порядок должен быть XY. Это означает, что для типа II существует только 16 возможных пространств решений первого порядка по сравнению с 384 для типа I.

3.

Поиск по методу Монте-Карло

Цель поиска по методу Монте-Карло состоит в том, чтобы определить, какое из многих вышеупомянутых пространств решений первого порядка (см. Таблицу 1) предложит наилучшую отправную точку для создания удовлетворительного окончательного проекта. Поиск по методу Монте-Карло предлагает чрезвычайно эффективный и информативный способ глобального изучения всех пространств решений одновременно, а не локального изучения каждого в отдельности.

Поиск по методу Монте-Карло представляет собой трехэтапный процесс (см. Рис. 4). Сначала при заданном наборе граничных условий случайным образом генерируются решения первого порядка и идентифицируются решения VFO.Затем все решения VFO проверяются на предмет успешной трассировки лучей тонкой линзы в определенных положениях зума, диафрагме и поле обзора. Решения VFO, которые также успешно отслеживают лучи, затем идентифицируются и сохраняются. Наконец, решения с отслеживанием лучей (RT) оптимизированы и оцениваются по различным показателям производительности. Результатом является набор множества решений VFO-RT, которые можно анализировать и ранжировать, чтобы определить наиболее успешные области решений для использования в качестве отправных точек.

Рис. 4

Блок-схема процесса поиска Монте-Карло.Решения VFO показаны синим цветом, а растворы RT — зеленым.

Хотя здесь применяется к анаморфным зум-объективам для кино, основные принципы представленного процесса поиска методом Монте-Карло могут быть применены к любому очень разнообразному пространству дизайна как эффективный способ глобального поиска отправных точек. Например, аналогичные процессы применялись в прошлом при разработке четырех групповых зум-объективов ^{19 , 20} и оптических прицелов. ²¹

3.1.

Создание решений

Первым шагом в процессе поиска методом Монте-Карло является создание решений первого порядка. Сначала случайные значения выбираются для групповых фокусных расстояний, TTL и заднего фокусного расстояния (BFL). Знак мощности для групповых фокусных расстояний также выбирается случайным образом, за исключением случая конфигураций типа II, где фокусные расстояния компенсатора ограничены анаморфным соотношением. Величина этих случайно выбранных значений основана на граничных условиях, предусмотренных для допустимых групповых значений EFL, TTL и BFL.

Решения VFO, которые продолжают поиск по методу Монте-Карло, соответствуют трем критериям: (1) они создают реальное изображение, (2) отсутствуют внутренние изображения и (3) отсутствуют сбои групп масштабирования. Эти требования заключаются в обеспечении правильно ориентированной и доступной плоскости изображения и реализуемых движений масштабирования. Учитывая случайно выбранные групповые EFL, TTL и BFL, групповые движения масштабирования решения могут быть рассчитаны с использованием параксиальных уравнений визуализации. Это делается по-разному в зависимости от того, исследуется ли конфигурация типа I или типа II, но оба типа полагаются на движение масштабирования с четырьмя группами, применяемое независимо в плоскостях x-z и y-z.Эти два зума с четырьмя группами связаны между собой фокусными расстояниями системы, связанными анаморфным соотношением, и имеют одинаковые неподвижные переднюю и заднюю группы.

Для конфигураций типа I стандартная схема увеличения с четырьмя группами (см. Рис. 5) применяется отдельно в плоскостях x − z и y − z. Бесконечное сопряженное движение масштабирования с четырьмя группами может быть получено путем повторного использования конечного сопряженного масштабирования с двумя группами ¹⁷ как двух внутренних движущихся групп на внутреннем расстоянии L. Полное масштабирование с четырьмя группами затем получается путем добавления неподвижного фронта и задних групп к двухгруппному конечному зуму для достижения бесконечного сопряженного изображения, как это было сделано Yee et al. ¹⁹ Учитывая диапазон масштабирования системы EFL, TTL, BFL и групповые фокусные расстояния f1, f2, f3 и f4, движения масштабирования t1, t2 и t3 четырехгрупповой системы масштабирования вычисляются как

Eq. (3)

Ур. (4)

Ур. (5)

Ур. (6)

Рис.5

Стандартная четырехгрупповая схема масштабирования, применяемая к конфигурациям анаморфного масштабирования I типа . Чтобы получить конфигурацию типа I, в плоскостях x-z и y-z получают два увеличения с четырьмя группами с разными фокусными расстояниями системы, связанными анаморфным соотношением, и с одинаковыми неподвижными передней и задней группами.Реальные внутренние изображения показаны для иллюстрации первого порядка, но не разрешены в конфигурации типа I.

Сосредоточившись на уравнении. (7), допустимое решение масштабирования возможно только в том случае, если радикал является вещественным, что означает, что L2≥4c обязательно для решений VFO. Также в формуле. (7) термин «плюс-минус» означает, что потенциально существует два решения для каждой конфигурации как для положительных, так и для отрицательных корней, хотя редко бывает, что оба решения имеют допустимые движения масштабирования.

Для анаморфного увеличения типа I дизайн первого порядка создается с использованием двух отдельных четырехгрупповых решений, полученных с использованием уравнений(2) — (8). Одна четырехгрупповая система использует случайно выбранные значения для групповых EFL f1, f2, x, f3, x и f4, в то время как система в ортогональной плоскости симметрии использует f1, f2, y, f3, y и f4. Эти две четырехгрупповые системы связаны несколькими способами. Во-первых, диапазон масштабирования EFL этих систем связан с анаморфным соотношением, уравнением. (1). Во-вторых, обе системы с четырьмя группами применяют одинаковые стационарные фокусные расстояния и положения передней и задней групп для моделирования вращательно-симметричных фокусных и релейных групп в конфигурации типа I.В-третьих, применение одного и того же BFL в обеих плоскостях симметрии приводит к стигматическому изображению на оси, как обсуждается в разд. 2. Принимая во внимание эти соображения, эти две схемы из четырех групп могут быть соединены в ортогональных плоскостях симметрии, чтобы сформировать решение первого порядка типа I. Движения группы масштабирования t1, x, t1, y, t2, x, t2, y, t3, x и t3, y теперь могут быть проанализированы, чтобы увидеть, есть ли какие-либо сбои группы. Примеры масштабирования типа I как для VFO, так и для аварийных решений можно увидеть на рис. 6.

Рис.6

Пример (а) действительный и (б) сбойные движения масштабирования случайно сгенерированных решений первого порядка типа I в пространстве PNPP-XYYX. Положение группы по z (горизонтальная ось) показано как функция системы EFL посредством увеличения по x и y (вертикальные оси) с анаморфным коэффициентом 2. Положение z = 0 мм соответствует плоскости изображения. Стационарные группы показаны синим, а подвижные — зеленым. Вращательно-симметричные группы показаны сплошными линиями, анаморфные группы в X показаны пунктирными линиями, а анаморфные группы в Y — штриховыми линиями.Сбои при масштабировании обведены красным.

Конфигурация анаморфного масштабирования типа II основана на модифицированном четырехгрупповом масштабировании (см. Рис. 7), применяемом отдельно в плоскостях x − z и y − z. Модификации четырехгруппового трансфокатора должны соответствовать требованиям к общему сферическому вариатору, обсуждаемым в разд. 2, а именно, пучок краевых лучей коллимирован в группу реле, и соотношение компенсаторов по x и y должно равняться анаморфному соотношению. Учитывая диапазон масштабирования системы EFL, TTL, BFL и групповые фокусные расстояния f1, f2, f3 и f4, движения масштабирования t1, t2 и t3 для этой модифицированной четырехгрупповой системы могут быть аналогичным образом получены из уравнений параксиальной визуализации:

Ур.(11)

Рис. 7

Измененная четырехгрупповая схема масштабирования для применения к конфигурациям анаморфного масштабирования типа II. Для достижения конфигурации типа II в плоскостях x-z и y-z получаются два модифицированных четырехгрупповых увеличения с разными фокусными расстояниями системы, связанными анаморфным соотношением, и с одинаковыми неподвижными передней и задней группами. Настоящие внутренние изображения показаны для иллюстрации первого порядка, но не разрешены в конфигурации типа II.

В отличие от стандартного четырехгруппового масштабирования для конфигураций типа I, существует только одно возможное решение движения масштабирования для модифицированного четырехгруппового масштабирования.Также нет ограничений из-за реальности радикала.

Для анаморфного увеличения типа II дизайн первого порядка создается с использованием двух отдельных модифицированных четырехгрупповых решений, полученных с использованием уравнений (9) — (13). Одна модифицированная четырехгрупповая система использует случайно выбранные значения для групповых EFL f1, f2, f3, x и f4, в то время как система в ортогональной плоскости симметрии использует f1, f2, f3, y и f4. Что касается конфигурации типа I, диапазон масштабирования EFL этих двух систем с четырьмя группами связан анаморфным соотношением.Опять же, обе системы с четырьмя группами применяют одинаковые стационарные фокусные расстояния и положения передней и задней групп, включая BFL, чтобы обеспечить стигматическое изображение на оси. Наконец, эти две модифицированные схемы из четырех групп могут быть соединены в ортогональных плоскостях симметрии, чтобы сформировать решение первого порядка типа II. Движения группы масштабирования t1, t2, x, t2, y, t3, x и t3, y теперь могут быть проанализированы, чтобы увидеть, есть ли какие-либо сбои группы. Другой аспект конфигураций типа II заключается в том, что компенсаторы по x и y имеют одинаковое движение масштабирования с постоянным смещением, равным их разнице в групповом фокусном расстоянии.Это следствие дополнительных ограничений на применение общего вариатора. В результате при сборке две группы могут быть удобно смонтированы вместе с помощью одной и той же механики масштабирования. Однако, как будет видно, эти дополнительные ограничения для использования общего вариатора значительно уменьшают конструктивное пространство. Примеры движения масштабирования типа II как для VFO, так и для аварийных решений можно увидеть на рис. 8.

Рисунок 8

Пример (а) действительный и (б) сбойные движения масштабирования случайно сгенерированных решений первого порядка типа II в пространство NPNP-XY.Положение группы по z (горизонтальная ось) показано как функция системы EFL посредством увеличения по x и y (вертикальные оси) с анаморфным коэффициентом 2. Положение z = 0 мм соответствует плоскости изображения. Стационарные группы показаны синим, а подвижные — зеленым. Вращательно-симметричные группы показаны сплошными линиями, анаморфные группы в X показаны пунктирными линиями, а анаморфные группы в Y — штриховыми линиями. Авария Zoom обведена красным.

3.2.

Трассировка лучей

После получения решений VFO, определенных их групповыми EFL, TTL, BFL и движениями масштабирования, следующим шагом в процессе поиска Монте-Карло является успешное определение решений RT.Центральное допущение процесса Монте-Карло состоит в том, что для каждого пространства решений количество найденных решений VFO-RT напрямую коррелирует с «размером» пространства решений. Размер пространства для решения важен, потому что он обеспечивает большую гибкость в оптимизации при попытке получить толстую линзу, дизайн с коррекцией цвета. Как будет показано ниже, хотя размер пространства решений и важен, это не единственный фактор при определении наилучшей отправной точки первого порядка. Например, хотя пространство решений может быть очень большим, это не обязательно означает, что у него лучшие характеристики визуализации, чем у меньшего.

Трассировка лучей выполняется с использованием программного обеспечения для проектирования оптики CODE V ^® посредством автоматизированного процесса, в котором решение масштабирования VFO моделируется с использованием тонких линз. Для единообразия дизайнов каждая группа в модели состоит из трех тонких линз, контактирующих с каждой тонкой линзой, составляющих одну треть от общей групповой силы. Благодаря разделению оптической силы группы несколько тонких линз в группе улучшают коррекцию аберраций и предлагают дополнительные параметры для оптимизации. Было обнаружено, что трех тонких линз на группу достаточно для анализа и фильтрации начальных точек, хотя это должно быть скорректировано по мере необходимости для проектирования сверх первого порядка, как в разд.4.4. Кроме того, модель оценивается с использованием настоящих очков, Schott N-BK7 для положительных элементов и Schott N-SF4 для отрицательных элементов, хотя система первого порядка оценивается монохроматически.

Для всех положений трансфокации, когда система работает с проектной апертурой и полем обзора, лучи трассируются по всему зрачку и полю при проверке ошибок трассировки лучей. Сбои трассировки лучей возникают преимущественно по двум причинам. Во-первых, сильные аберрации могут привести к тому, что лучи не смогут пересечь поверхность.Эти сильно аберрированные лучи могут также привести к отражению или полному внутреннему отражению от поверхности. Во-вторых, серьезные аберрации зрачка могут помешать успешному прохождению луча между центрами зрачков и диафрагмой. Аберрации зрачка можно уменьшить, изменив положение остановки, но это невозможно в соответствии с текущим требованием размещения стопа после всех движущихся групп. Если происходит сбой трассировки лучей, оптимизация и оценка проекта не могут быть выполнены без корректировки, поэтому вряд ли эти решения VFO могут быть полезными отправными точками.В результате решения VFO, которые не могут отслеживать трассировку лучей, отбрасываются. С другой стороны, решения VFO, которые успешно отслеживают лучи для всех положений увеличения, координат зрачка и полей обзора, сохраняются и классифицируются как RT. Эти решения VFO-RT продолжают последний шаг в процессе поиска.

3.3.

Оптимизация и оценка

Определенные решения VFO-RT теперь достигают третьего и последнего шага в процессе Монте-Карло: оптимизации и оценки. Конструкция каждой тонкой линзы оптимизирована для минимизации геометрического размера пятна в поле обзора и в пяти положениях зума.Единственными переменными оптимизации являются изгиб тонкой линзы ²⁶ и перефокусировка изображения, в то время как групповые EFL, TTL, BFL и движения масштабирования остаются постоянными, чтобы оставаться совместимыми с исходным решением VFO-RT. Было обнаружено, что эти ограниченные переменные обладают достаточными степенями свободы для анализа и фильтрации решений. При попытке окончательного дизайна толстых линз (см. Раздел 4.4) можно добавить дополнительные переменные для дальнейшей коррекции, например, использование различных очков, дублетов или асферических поверхностей.

После оптимизации каждый дизайн оценивается на предмет геометрического размера пятна по всем полям обзора и положениям масштабирования, содержания аберраций третьего порядка и размеров апертуры элемента. Эти показатели производительности предоставляют обширную информацию как о характеристиках визуализации, так и о размере упаковки для дизайна первого порядка и в сочетании со значениями первого порядка, такими как средний групповой EFL, TTL и BFL, дают полную картину решения VFO-RT. Путем оценки большой совокупности решений набор показателей производительности может быть применен к пространству решений в целом.

4.

Результаты

4.1.

Технические характеристики системы

Изложенный в общих чертах процесс поиска Монте-Карло был применен ко всем возможным пространствам решений для конфигураций анаморфного масштабирования как типа I, так и типа II. Как обсуждал Додок, ^{15 , 18} некоторые пространства решений математически неспособны удовлетворить требования к генерации решений, изложенные в разд. 3.1. Например, тип решения с только группами с отрицательным питанием не способен формировать реальное изображение, что является одним из требований решения VFO.Тем не менее, все пространства решений были рассмотрены в поисках, чтобы продемонстрировать этот факт, с единственным следствием — более низким выходом решения на пробу Монте-Карло.

Технические характеристики системы для всех проектов, представленных в поиске, можно увидеть в Таблице 2. Технические характеристики системы основаны на технических характеристиках стандартных анаморфных зум-объективов для кино, доступных в настоящее время на рынке. Например, анаморфное соотношение 2 является обычным в киноиндустрии и дает желаемое эллиптическое боке и дифференциальную глубину резкости. ^{11 , 12}

Таблица 2

Системные характеристики, используемые для поиска Монте-Карло. Коэффициент масштабирования — это отношение максимального фокусного расстояния масштабирования к самому короткому. Соотношение сторон проецируемого изображения 2,39 — это кинематографический анаморфный широкоформатный формат.

Кроме того, значения границ поиска по методу Монте-Карло перечислены в таблице 3.Эти выбранные граничные значения основаны на нескольких факторах. Во-первых, границы упаковки TTL и BFL были основаны на установленных спецификациях системы. Был сделан некоторый допуск на границы упаковки в связи с более поздним переходом от тонких линз к толстым. Для границы группы EFL требуется большой диапазон, чтобы найти различные пространства решений. В идеале, групповые значения EFL должны быть большими по величине, чтобы уменьшить аберрации тонких линз, как определено G-суммой. ²⁶ Точно так же установлена ​​граница минимального фокусного расстояния группы, чтобы исключить сильно аберрированные группы с коротким фокусным расстоянием, которые вряд ли приведут к решениям RT.Дополнительным соображением является то, насколько большой диапазон следует использовать для каждой границы. Более крупные диапазоны границ влекут за собой более обширное пространство для проектирования, которое будет исследовано; однако, если диапазон слишком велик, многие испытания методом Монте-Карло будут потрачены на поиск бесперспективных проектов первого порядка.

Таблица 3

Границы поиска методом Монте-Карло для случайно сгенерированных значений. Граница EFL группы не имеет знака, поскольку знак мощности для каждой EFL группы зависит от случайно назначенного пространства решений испытания.

4.2.

Конфигурация типа I

Конфигурация анаморфного масштабирования типа I была исследована с помощью процесса поиска Монте-Карло с использованием 1 миллиарда попыток для изучения 384 возможных пространств решений. Общее время вычислений составило ~ 41 час с использованием настольного компьютера Dell XPS (8-ядерный i7-9700 @ 3.0 ГГц, 32 ГБ ОЗУ). Результаты поиска можно увидеть в таблице 4. Было обнаружено, что 98,2% решений RT имели одинаковую конструктивную форму в плоскостях симметрии x − z и y − z. Это с учетом того, что до трассировки лучей количество решений VFO было примерно одинаковым: 56,6% имели одинаковые типы решений x и y. Например, решение PNNPPN-XYXY имеет одинаковую конструктивную форму, PNPN, как для x, так и для y, поскольку вариаторы и компенсаторы имеют одинаковую знаковую силу в ортогональных плоскостях симметрии.

Таблица 4

Результаты поиска Монте-Карло конфигурации типа I на основе того, имеют ли полученные решения одну и ту же конструктивную форму по x и y. Для этого поиска методом Монте-Карло было выполнено 109 испытаний.