一、 前言

 

光學系統，特別對一個比較復雜的光學系統，在系統設計初期就必須根據光學儀器總體要求利用光學系統基本結構元件，合理安排系統光路走向，完成光學系統總體布局設計，然后才是光學系統具體結構設計，像差平衡以致適當公差分配，最終獲得一個結果與性能俱佳的優質光學系統。一個較復雜的光學系統，往往不只是幾片簡單光學零件的組合，有時還可能是各種不同變焦系統結構，甚至還會有各種不同要求的多光譜，共軸或非共軸的多個子系統結合的多光路系統的融合，才能滿足光學儀器總體的多功能需求。OCAD光學系統自動設計程序提供了一個具有特色的光學系統總體布局平臺，可以利用光學系統的各種結構元件合理布局構建光學系統草圖，直接顯示并方便協調光線走向，實現光學原理，使得在光學系統設計的初期完成光學系統總體布局初始設計，接著還可以利用OCAD程序的其他初始結構設計功能完成光學系統初始結構參數設計，為下一步光學系統成像質量優化及其他后期設計打下基礎。

 

 

圖1-1 一般光學系統總體布局設計平臺界面

 

 

圖1-2 連續變焦光學系統總體布局（顯示凸輪曲線）界面

 

 

  

圖1-3 多光路光學系統總體組合布局界面

 

二、 光學系統的設計輸入

 

在進行光學系統設計之前，首先需要明確總體對光學系統的技術要求，也稱為設計輸入參數，這些屬于整個光學系統設計的依據。其中包括：光學系統的類型、系統目標特性、系統像方特性、光學系統總體布局要求以及對光學系統通光量的要求等。

 

有了以上設計要求方能著手光學系統的方案設計。以往的這段工作都是由設計人員在紙面上構思，反復進行光學系統總體勾畫，選擇最佳方案。目前有了OCAD光學系統自動設計程序，有效地提供了初始方案草圖設計的平臺。使用時只需在該程序的工具條里選擇“光學系統總體布局設計”的功能就可順利完成光學系統總體方案設計工作。

圖 2-1 光學系統總體布局設計初始建模的選擇

 

點開之后出現窗口如圖2-2。

 

圖2-2 光學系統總體布局設計窗體

 

窗體分為兩部分，左半部是數據部分，如圖2-3。右半部為繪制方案草圖的繪圖平臺。在數據部分的上部填寫相應光學系統的設計要求。其中包括系統視場范圍、入瞳大小、系統漸暈系數，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 窗體性能參數填寫部分

 

 

    

圖2-4 物方參數的選擇

   

圖2-5 通光孔徑形式的選擇

對于其他要求，可以利用主窗體的主菜單的“編輯”內的“系統基本數據”窗體內選擇“系統波長”及“系統環境”等內容。

 

三、 一般光學系統的設計

 

填寫完對光學系統的設計技術要求之后就可以在窗體右側的繪圖框內繪制光學系統方案草圖。繪圖框的基本尺寸默認為一張橫排的A4圖紙。如果根據系統總體尺寸的要求需要調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，點擊“圖幅選擇”后會出現一個下拉式菜單，從中選擇所常用的圖幅尺寸代號，如果不滿足還可以選擇“自定義”，給定需要的橫向尺寸和縱向尺寸，如圖3-1。如果需要調整圖紙橫排或豎排的形式，只要在窗體左側的數據框內的“橫排”或“豎排”的選擇框內點擊就可以自動變換，如圖3-2。

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