一、 前言
光學(xué)系統(tǒng)，特別對(duì)一個(gè)比較復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期就必須根據(jù)光學(xué)儀器總體要求利用光學(xué)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)元件，合理安排系統(tǒng)光路走向，完成光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)，然后才是光學(xué)系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，像差平衡以致適當(dāng)公差分配，最終獲得一個(gè)結(jié)果與性能俱佳的優(yōu)質(zhì)光學(xué)系統(tǒng)。一個(gè)較復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，往往不只是幾片簡(jiǎn)單光學(xué)零件的組合，有時(shí)還可能是各種不同變焦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，甚至還會(huì)有各種不同要求的多光譜，共軸或非共軸的多個(gè)子系統(tǒng)結(jié)合的多光路系統(tǒng)的融合，才能滿(mǎn)足光學(xué)儀器總體的多功能需求。OCAD光學(xué)系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)計(jì)程序提供了一個(gè)具有特色的光學(xué)系統(tǒng)總體布局平臺(tái)，可以利用光學(xué)系統(tǒng)的各種結(jié)構(gòu)元件合理布局構(gòu)建光學(xué)系統(tǒng)草圖，直接顯示并方便協(xié)調(diào)光線走向，實(shí)現(xiàn)光學(xué)原理，使得在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初期完成光學(xué)系統(tǒng)總體布局初始設(shè)計(jì)，接著還可以利用OCAD程序的其他初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能完成光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)，為下一步光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量?jī)?yōu)化及其他后期設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。
圖1-1 一般光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)平臺(tái)界面
圖1-2 連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)總體布局（顯示凸輪曲線）界面
圖1-3 多光路光學(xué)系統(tǒng)總體組合布局界面
二、 光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)輸入
在進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，首先需要明確總體對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)要求，也稱(chēng)為設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)，這些屬于整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。其中包括：光學(xué)系統(tǒng)的類(lèi)型、系統(tǒng)目標(biāo)特性、系統(tǒng)像方特性、光學(xué)系統(tǒng)總體布局要求以及對(duì)光學(xué)系統(tǒng)通光量的要求等。
有了以上設(shè)計(jì)要求方能著手光學(xué)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。以往的這段工作都是由設(shè)計(jì)人員在紙面上構(gòu)思，反復(fù)進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)總體勾畫(huà)，選擇最佳方案。目前有了OCAD光學(xué)系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)計(jì)程序，有效地提供了初始方案草圖設(shè)計(jì)的平臺(tái)。使用時(shí)只需在該程序的工具條里選擇“光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)”的功能就可順利完成光學(xué)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)工作。
圖 2-1 光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)初始建模的選擇
點(diǎn)開(kāi)之后出現(xiàn)窗口如圖2-2。
圖2-2 光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)窗體
窗體分為兩部分，左半部是數(shù)據(jù)部分，如圖2-3。右半部為繪制方案草圖的繪圖平臺(tái)。在數(shù)據(jù)部分的上部填寫(xiě)相應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。其中包括系統(tǒng)視場(chǎng)范圍、入瞳大小、系統(tǒng)漸暈系數(shù)，還有便于繪圖用的比如光軸傾角、繪圖比例以及圖幅選擇以及圖形橫排或豎排的選擇等。
圖2-3 窗體性能參數(shù)填寫(xiě)部分
圖2-4 物方參數(shù)的選擇
圖2-5 通光孔徑形式的選擇
對(duì)于其他要求，可以利用主窗體的主菜單的“編輯”內(nèi)的“系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)”窗體內(nèi)選擇“系統(tǒng)波長(zhǎng)”及“系統(tǒng)環(huán)境”等內(nèi)容。
三、 一般光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
填寫(xiě)完對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)要求之后就可以在窗體右側(cè)的繪圖框內(nèi)繪制光學(xué)系統(tǒng)方案草圖。繪圖框的基本尺寸默認(rèn)為一張橫排的A4圖紙。如果根據(jù)系統(tǒng)總體尺寸的要求需要調(diào)整繪圖框圖紙圖幅的尺寸，可以利用界面是文字框從 “圖幅選擇”中選擇，點(diǎn)擊“圖幅選擇”后會(huì)出現(xiàn)一個(gè)下拉式菜單，從中選擇所常用的圖幅尺寸代號(hào)，如果不滿(mǎn)足還可以選擇“自定義”，給定需要的橫向尺寸和縱向尺寸，如圖3-1。如果需要調(diào)整圖紙橫排或豎排的形式，只要在窗體左側(cè)的數(shù)據(jù)框內(nèi)的“橫排”或“豎排”的選擇框內(nèi)點(diǎn)擊就可以自動(dòng)變換，如圖3-2。
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