光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)的案例
光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體布局設(shè)計(jì)方法
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(xiàn)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(xiàn)）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)。
展開(kāi) 光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)方法
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(xiàn)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(xiàn)）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。
展開(kāi) 光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)方法
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(xiàn)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(xiàn)）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)。
展開(kāi) 光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)方法
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(xiàn)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(xiàn)）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)。
展開(kāi) 
[OCAD] 光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)方法
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(xiàn)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(xiàn)）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)。
展開(kāi) OCAD應(yīng)用：連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)（一）
利用OCAD光學(xué)自動(dòng)設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)計(jì)，在程序內(nèi)有兩個(gè)途徑，一個(gè)是在其“光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)”的菜單內(nèi)，另一個(gè)可在“機(jī)械補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”菜單內(nèi)完成。二者各有不同方式和功能進(jìn)行處理。在“機(jī)械補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”菜單內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)潔方便，使用“光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)”菜單進(jìn)行設(shè)計(jì)，是從系統(tǒng)總體布局角度，可以把系統(tǒng)設(shè)計(jì)得比較完善，可以在變焦系統(tǒng)的基礎(chǔ)上添加其他光學(xué)元件，比如轉(zhuǎn)像棱鏡，或者添加目鏡系統(tǒng)完成整個(gè)望遠(yuǎn)系統(tǒng)的全局設(shè)計(jì)。
圖1.光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)之連續(xù)變焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)
機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦系統(tǒng)又可分為目標(biāo)在無(wú)限遠(yuǎn)處或有限距離的兩種形式，對(duì)于目標(biāo)在無(wú)限遠(yuǎn)處的系統(tǒng)主要是對(duì)系統(tǒng)焦距的變化，適應(yīng)于望遠(yuǎn)系統(tǒng)或照相系統(tǒng)的變焦設(shè)計(jì)；目標(biāo)在有限距離的變焦系統(tǒng)主要是針對(duì)顯微系統(tǒng)，是對(duì)系統(tǒng)放大率的變化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)放大率還可分為角放大率和線(xiàn)放大率兩種形式，設(shè)計(jì)時(shí)可以自由選擇。
圖2.機(jī)械補(bǔ)償變焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)之連續(xù)變焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)
以下按照兩種不同設(shè)計(jì)菜單介紹具體操作方法。
一、連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)
“光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)”的菜單是一個(gè)多功能光學(xué)系統(tǒng)總體布局的設(shè)計(jì)菜單，具有對(duì)各種光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行總體布局設(shè)計(jì)的功能菜單。可以設(shè)計(jì)布局簡(jiǎn)單或復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，比如一般共軸光學(xué)系統(tǒng)，可利用各種棱鏡實(shí)現(xiàn)光軸折轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)等，還可以進(jìn)行各種連續(xù)或斷續(xù)變焦系統(tǒng)進(jìn)行總體布局設(shè)計(jì)；可以進(jìn)行各種掃描光學(xué)系統(tǒng)做總體布局設(shè)計(jì)；可以進(jìn)行多光軸復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)并行共存總體布局設(shè)計(jì)。最后實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)建模設(shè)計(jì)，為后期光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量?jī)?yōu)化提供初始平臺(tái)。以下重點(diǎn)介紹連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的總體布局方法。機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)系統(tǒng)總體性能要求，連續(xù)變焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)都必須包括前固定組、變焦組、補(bǔ)償組以及后固定組幾個(gè)部分組成。
展開(kāi) OCAD應(yīng)用：連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)（一）
利用OCAD光學(xué)自動(dòng)設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)計(jì)，在程序內(nèi)有兩個(gè)途徑，一個(gè)是在其“光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)”的菜單內(nèi)，另一個(gè)可在“機(jī)械補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”菜單內(nèi)完成。二者各有不同方式和功能進(jìn)行處理。在“機(jī)械補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”菜單內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)潔方便，使用“光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)”菜單進(jìn)行設(shè)計(jì)，是從系統(tǒng)總體布局角度，可以把系統(tǒng)設(shè)計(jì)得比較完善，可以在變焦系統(tǒng)的基礎(chǔ)上添加其他光學(xué)元件，比如轉(zhuǎn)像棱鏡，或者添加目鏡系統(tǒng)完成整個(gè)望遠(yuǎn)系統(tǒng)的全局設(shè)計(jì)。
圖1.光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)之連續(xù)變焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)
機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦系統(tǒng)又可分為目標(biāo)在無(wú)限遠(yuǎn)處或有限距離的兩種形式，對(duì)于目標(biāo)在無(wú)限遠(yuǎn)處的系統(tǒng)主要是對(duì)系統(tǒng)焦距的變化，適應(yīng)于望遠(yuǎn)系統(tǒng)或照相系統(tǒng)的變焦設(shè)計(jì)；目標(biāo)在有限距離的變焦系統(tǒng)主要是針對(duì)顯微系統(tǒng)，是對(duì)系統(tǒng)放大率的變化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)放大率還可分為角放大率和線(xiàn)放大率兩種形式，設(shè)計(jì)時(shí)可以自由選擇。
圖2.機(jī)械補(bǔ)償變焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)之連續(xù)變焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)
以下按照兩種不同設(shè)計(jì)菜單介紹具體操作方法。
一、 連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)
“光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)”的菜單是一個(gè)多功能光學(xué)系統(tǒng)總體布局的設(shè)計(jì)菜單，具有對(duì)各種光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行總體布局設(shè)計(jì)的功能菜單。可以設(shè)計(jì)布局簡(jiǎn)單或復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，比如一般共軸光學(xué)系統(tǒng)，可利用各種棱鏡實(shí)現(xiàn)光軸折轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)等，還可以進(jìn)行各種連續(xù)或斷續(xù)變焦系統(tǒng)進(jìn)行總體布局設(shè)計(jì)；可以進(jìn)行各種掃描光學(xué)系統(tǒng)做總體布局設(shè)計(jì)；可以進(jìn)行多光軸復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)并行共存總體布局設(shè)計(jì)。最后實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)建模設(shè)計(jì)，為后期光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量?jī)?yōu)化提供初始平臺(tái)。以下重點(diǎn)介紹連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的總體布局方法。
展開(kāi) 光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)方法
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(xiàn)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(xiàn)）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)。
展開(kāi) 光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)方法
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(xiàn)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)。
一、 前言
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。
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。
展開(kāi) OCAD應(yīng)用：連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)（二）
一、初始結(jié)構(gòu)的繪制
1、目標(biāo)在無(wú)限遠(yuǎn)的連續(xù)變焦系統(tǒng)
目標(biāo)在無(wú)限遠(yuǎn)的連續(xù)變焦系統(tǒng)，也叫連續(xù)變倍系統(tǒng)。是指通過(guò)系統(tǒng)的各個(gè)活動(dòng)組分的移動(dòng)改變系統(tǒng)焦距，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)放大倍率的系統(tǒng)。連續(xù)變倍的光學(xué)系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)可移動(dòng)的變焦組好補(bǔ)償組的數(shù)量不同，可分為三組元、四組元、五組元以及二組元等各種不同形式。先以三組元連續(xù)變焦系統(tǒng)為例介紹其指定設(shè)計(jì)方法。
三組元連續(xù)變焦系統(tǒng)在進(jìn)行連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，首先在“一般光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)”的界面上做所需連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的布局。布局時(shí)必須給定前固定組的焦距值，前固定組可以是一個(gè)單一組元，也可以為一組復(fù)合結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于其中變焦組、補(bǔ)償組以及后固定組的焦距值有待于下面求解，可以暫時(shí)賦予其焦距值為零，透鏡間隔可以隨意。如圖1所示。
圖1.連續(xù)變焦系統(tǒng)布局初步設(shè)計(jì)
如果前固定組是一個(gè)多組元組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)前固定組，還需在變焦組的“空氣間隔”右側(cè)的特性欄內(nèi)利用下拉式菜單選擇“變焦變量“Z”，如圖。此外還必須指定光欄位置，一般都設(shè)置在后固定組位置，以便使用固定光欄，確保系統(tǒng)相對(duì)孔徑（F數(shù)）值穩(wěn)定。
圖2.指定前固定組位置
在利用一般光學(xué)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)布局界面布局完畢，即可利用界面內(nèi)“系統(tǒng)類(lèi)型”，點(diǎn)擊默認(rèn)為“一般光學(xué)系統(tǒng)”的下拉式菜單，其中顯示多種不同光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，選擇“連續(xù)變焦系統(tǒng)” 同時(shí)在右側(cè)顯示下拉菜單以便選擇變焦系統(tǒng)類(lèi)型，其中包括三組元變焦、四組元變焦、雙組聯(lián)動(dòng)變焦、線(xiàn)性雙組聯(lián)動(dòng)變焦、五組元變焦以及二組元變焦等各種形式。此時(shí)現(xiàn)在需要的結(jié)構(gòu)形式，比如三組元變焦。界面如下圖3所示。
圖3.連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)（1）
此外，界面上還會(huì)顯示連續(xù)變焦系統(tǒng)的可選方框。在此框內(nèi)可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求填寫(xiě)變焦系統(tǒng)的變焦比、系統(tǒng)最小間距以及各組分間最小間隔距離等。
展開(kāi) OCAD應(yīng)用：連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)（二）
一、 初始結(jié)構(gòu)的繪制
1、目標(biāo)在無(wú)限遠(yuǎn)的連續(xù)變焦系統(tǒng)
目標(biāo)在無(wú)限遠(yuǎn)的連續(xù)變焦系統(tǒng)，也叫連續(xù)變倍系統(tǒng)。是指通過(guò)系統(tǒng)的各個(gè)活動(dòng)組分的移動(dòng)改變系統(tǒng)焦距，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)放大倍率的系統(tǒng)。連續(xù)變倍的光學(xué)系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)可移動(dòng)的變焦組好補(bǔ)償組的數(shù)量不同，可分為三組元、四組元、五組元以及二組元等各種不同形式。先以三組元連續(xù)變焦系統(tǒng)為例介紹其指定設(shè)計(jì)方法。
三組元連續(xù)變焦系統(tǒng)在進(jìn)行連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，首先在“一般光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)”的界面上做所需連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的布局。布局時(shí)必須給定前固定組的焦距值，前固定組可以是一個(gè)單一組元，也可以為一組復(fù)合結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于其中變焦組、補(bǔ)償組以及后固定組的焦距值有待于下面求解，可以暫時(shí)賦予其焦距值為零，透鏡間隔可以隨意。如圖1所示。
圖1.連續(xù)變焦系統(tǒng)布局初步設(shè)計(jì)
如果前固定組是一個(gè)多組元組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)前固定組，還需在變焦組的“空氣間隔”右側(cè)的特性欄內(nèi)利用下拉式菜單選擇“變焦變量“Z”，如圖。此外還必須指定光欄位置，一般都設(shè)置在后固定組位置，以便使用固定光欄，確保系統(tǒng)相對(duì)孔徑（F數(shù)）值穩(wěn)定。
圖2.指定前固定組位置
在利用一般光學(xué)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)布局界面布局完畢，即可利用界面內(nèi)“系統(tǒng)類(lèi)型”，點(diǎn)擊默認(rèn)為“一般光學(xué)系統(tǒng)”的下拉式菜單，其中顯示多種不同光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，選擇“連續(xù)變焦系統(tǒng)” 同時(shí)在右側(cè)顯示下拉菜單以便選擇變焦系統(tǒng)類(lèi)型，其中包括三組元變焦、四組元變焦、雙組聯(lián)動(dòng)變焦、線(xiàn)性雙組聯(lián)動(dòng)變焦、五組元變焦以及二組元變焦等各種形式。此時(shí)現(xiàn)在需要的結(jié)構(gòu)形式，比如三組元變焦。界面如下圖3所示。
展開(kāi) 
OCAD應(yīng)用：連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)（三）
一、目標(biāo)在有限距離的顯微連續(xù)變焦系統(tǒng)
對(duì)于系統(tǒng)目標(biāo)在有限遠(yuǎn)的顯微系統(tǒng)，操作方式和前面相同。只是在建立初始數(shù)據(jù)時(shí)在參數(shù)表的物面距離上填寫(xiě)系統(tǒng)物距值。
圖1.顯微系統(tǒng)連續(xù)變倍系統(tǒng)初始數(shù)據(jù)
然后發(fā)現(xiàn)界面上顯示的不是系統(tǒng)焦距值，而是初始放大率值以及變倍比、物面高度、像面高度、物方數(shù)值孔徑NA0、像方數(shù)值孔徑NA0以及系統(tǒng)最小焦距等內(nèi)容。
圖2.顯微系統(tǒng)連續(xù)變倍系統(tǒng)數(shù)據(jù)填寫(xiě)
此外，還有事系統(tǒng)物方高度和像方高度的兩種選擇，不過(guò)由于只有兩種選擇，只有點(diǎn)擊文字“物方高度”或“像方高度”即可真的轉(zhuǎn)換，如下圖3和圖4所示。
圖3.顯微系統(tǒng)物高的設(shè)計(jì)系統(tǒng)
圖4.顯微系統(tǒng)像高的設(shè)計(jì)系統(tǒng)
除此還由于系統(tǒng)是有物距的顯微系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)入射光線(xiàn)應(yīng)輸入系統(tǒng)數(shù)值孔徑值，這包括物方數(shù)值孔徑和像方數(shù)值孔徑兩種選擇。此時(shí)點(diǎn)擊“物方數(shù)值孔徑NA0”或“像方數(shù)值孔徑NA0”即可自動(dòng)轉(zhuǎn)換，由于系統(tǒng)選用數(shù)值孔徑角度的數(shù)據(jù)，入瞳都在前表面，因此不許設(shè)置光欄位置。如下圖5和圖6所示。
圖5.顯微系統(tǒng)物方數(shù)值孔徑的設(shè)計(jì)系統(tǒng)
圖6.顯微系統(tǒng)像方數(shù)值孔徑的設(shè)計(jì)系統(tǒng)
為了顯示變焦系統(tǒng)的其他圖形及數(shù)據(jù)，通過(guò)工具條中“變焦”按鈕的子按鈕，如圖7-圖11所示，分別顯示系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)、變焦定格、凸輪曲線(xiàn)和像面位移曲線(xiàn)等。
圖7.顯微系統(tǒng)連續(xù)變焦的各種曲線(xiàn)圖
圖8.顯微系統(tǒng)連續(xù)變焦的動(dòng)畫(huà)展示
圖9.顯微系統(tǒng)連續(xù)變焦的變焦定格
圖10.顯微系統(tǒng)連續(xù)變焦的凸輪曲線(xiàn)
圖11.顯微系統(tǒng)連續(xù)變焦的像面位移
展開(kāi) OCAD應(yīng)用：連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)（三）
一、目標(biāo)在有限距離的顯微連續(xù)變焦系統(tǒng)
對(duì)于系統(tǒng)目標(biāo)在有限遠(yuǎn)的顯微系統(tǒng)，操作方式和前面相同。只是在建立初始數(shù)據(jù)時(shí)在參數(shù)表的物面距離上填寫(xiě)系統(tǒng)物距值。
圖1.顯微系統(tǒng)連續(xù)變倍系統(tǒng)初始數(shù)據(jù)
然后發(fā)現(xiàn)界面上顯示的不是系統(tǒng)焦距值，而是初始放大率值以及變倍比、物面高度、像面高度、物方數(shù)值孔徑NA0、像方數(shù)值孔徑NA0以及系統(tǒng)最小焦距等內(nèi)容。
圖2.顯微系統(tǒng)連續(xù)變倍系統(tǒng)數(shù)據(jù)填寫(xiě)
此外，還有事系統(tǒng)物方高度和像方高度的兩種選擇，不過(guò)由于只有兩種選擇，只有點(diǎn)擊文字“物方高度”或“像方高度”即可真的轉(zhuǎn)換，如下圖3和圖4所示。
圖3.顯微系統(tǒng)物高的設(shè)計(jì)系統(tǒng)
圖4.顯微系統(tǒng)像高的設(shè)計(jì)系統(tǒng)
除此還由于系統(tǒng)是有物距的顯微系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)入射光線(xiàn)應(yīng)輸入系統(tǒng)數(shù)值孔徑值，這包括物方數(shù)值孔徑和像方數(shù)值孔徑兩種選擇。此時(shí)點(diǎn)擊“物方數(shù)值孔徑NA0”或“像方數(shù)值孔徑NA0”即可自動(dòng)轉(zhuǎn)換，由于系統(tǒng)選用數(shù)值孔徑角度的數(shù)據(jù)，入瞳都在前表面，因此不許設(shè)置光欄位置。如下圖5和圖6所示。
圖5.顯微系統(tǒng)物方數(shù)值孔徑的設(shè)計(jì)系統(tǒng)
圖6.顯微系統(tǒng)像方數(shù)值孔徑的設(shè)計(jì)系統(tǒng)
為了顯示變焦系統(tǒng)的其他圖形及數(shù)據(jù)，通過(guò)工具條中“變焦”按鈕的子按鈕，如圖7-圖11所示，分別顯示系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)、變焦定格、凸輪曲線(xiàn)和像面位移曲線(xiàn)等。
圖7.顯微系統(tǒng)連續(xù)變焦的各種曲線(xiàn)圖
圖8.顯微系統(tǒng)連續(xù)變焦的動(dòng)畫(huà)展示
圖9.顯微系統(tǒng)連續(xù)變焦的變焦定格
圖10.顯微系統(tǒng)連續(xù)變焦的凸輪曲線(xiàn)
圖11.顯微系統(tǒng)連續(xù)變焦的像面位移
展開(kāi) Ansys Zemax光學(xué)設(shè)計(jì)軟件技術(shù)教程：光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中如何使用玻璃替換方法
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宏語(yǔ)言賦予的光學(xué)設(shè)計(jì)之美 離軸三反光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-有福利
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內(nèi)容簡(jiǎn)介
離軸三反簡(jiǎn)介
反射
式光學(xué)系統(tǒng)由于其無(wú)色差特性，在很多領(lǐng)域非常受歡迎。傳統(tǒng)的同軸兩反的光學(xué)系統(tǒng)對(duì)于存在遮攔，視場(chǎng)小等問(wèn)題 ， 目前離軸三反 （ Three-Mirror Anastigmat，TMA）光學(xué)系統(tǒng)也已經(jīng)成為了趨勢(shì)，由于其多了更多的優(yōu)化變量， 可以校正全部的初級(jí)像差，使得其性能更加，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)遮攔，大視場(chǎng)，大相對(duì)孔徑，成像質(zhì)量高，另外可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)焦距等。
離軸三反設(shè)計(jì)
更詳細(xì)的介紹可以查閱國(guó)內(nèi)外論文，每個(gè)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，其使用背景需調(diào)研詳細(xì)，方能設(shè)計(jì)出比較合適的光學(xué)系統(tǒng)。
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