一、 前言
光學系統，特别對一個(gè)比較複雜的光學系統，在系統設計(jì)初期就必須根據光學儀器(qì)總體(tǐ)要求利用光學系統基本結構元件，合理(lǐ)安排系統光路走向，完成光學系統總體(tǐ)布局設計(jì)，然後才是光學系統具體(tǐ)結構設計(jì)，像差平衡以緻适當公差分配，最終獲得(de)一個(gè)結果與性能俱佳的優質光學系統。一個(gè)較複雜的光學系統，往往不隻是幾片簡單光學零件的組合，有(yǒu)時(shí)還(hái)可(kě)能是各種不同變焦系統結構，甚至還(hái)會(huì)有(yǒu)各種不同要求的多(duō)光譜，共軸或非共軸的多(duō)個(gè)子系統結合的多(duō)光路系統的融合，才能滿足光學儀器(qì)總體(tǐ)的多(duō)功能需求。OCAD光學系統自動設計(jì)程序提供了一個(gè)具有(yǒu)特色的光學系統總體(tǐ)布局平台，可(kě)以利用光學系統的各種結構元件合理(lǐ)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(lǐ)，使得(de)在光學系統設計(jì)的初期完成光學系統總體(tǐ)布局初始設計(jì)，接着還(hái)可(kě)以利用OCAD程序的其他初始結構設計(jì)功能完成光學系統初始結構參數(shù)設計(jì)，為(wèi)下一步光學系統成像質量優化及其他後期設計(jì)打下基礎。
圖1-1 一般光學系統總體(tǐ)布局設計(jì)平台界面
圖1-2 連續變焦光學系統總體(tǐ)布局（顯示凸輪曲線）界面
圖1-3 多(duō)光路光學系統總體(tǐ)組合布局界面
二、 光學系統的設計(jì)輸入
在進行(xíng)光學系統設計(jì)之前，首先需要明(míng)确總體(tǐ)對光學系統的技(jì)術(shù)要求，也稱為(wèi)設計(jì)輸入參數(shù)，這些(xiē)屬于整個(gè)光學系統設計(jì)的依據。其中包括：光學系統的類型、系統目标特性、系統像方特性、光學系統總體(tǐ)布局要求以及對光學系統通(tōng)光量的要求等。
有(yǒu)了以上(shàng)設計(jì)要求方能着手光學系統的方案設計(jì)。以往的這段工作(zuò)都是由設計(jì)人(rén)員在紙面上(shàng)構思，反複進行(xíng)光學系統總體(tǐ)勾畫(huà)，選擇最佳方案。目前有(yǒu)了OCAD光學系統自動設計(jì)程序，有(yǒu)效地提供了初始方案草圖設計(jì)的平台。使用時(shí)隻需在該程序的工具條裏選擇“光學系統總體(tǐ)布局設計(jì)”的功能就可(kě)順利完成光學系統總體(tǐ)方案設計(jì)工作(zuò)。
圖 2-1 光學系統總體(tǐ)布局設計(jì)初始建模的選擇
點開(kāi)之後出現窗口如圖2-2。
圖2-2 光學系統總體(tǐ)布局設計(jì)窗體(tǐ)
窗體(tǐ)分為(wèi)兩部分，左半部是數(shù)據部分，如圖2-3。右半部為(wèi)繪制(zhì)方案草圖的繪圖平台。在數(shù)據部分的上(shàng)部填寫相應光學系統的設計(jì)要求。其中包括系統視(shì)場(chǎng)範圍、入瞳大(dà)小(xiǎo)、系統漸暈系數(shù)，還(hái)有(yǒu)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(tǐ)性能參數(shù)填寫部分
圖2-4 物方參數(shù)的選擇
圖2-5 通(tōng)光孔徑形式的選擇
對于其他要求，可(kě)以利用主窗體(tǐ)的主菜單的“編輯”內(nèi)的“系統基本數(shù)據”窗體(tǐ)內(nèi)選擇“系統波長”及“系統環境”等內(nèi)容。
三、 一般光學系統的設計(jì)
填寫完對光學系統的設計(jì)技(jì)術(shù)要求之後就可(kě)以在窗體(tǐ)右側的繪圖框內(nèi)繪制(zhì)光學系統方案草圖。繪圖框的基本尺寸默認為(wèi)一張橫排的A4圖紙。如果根據系統總體(tǐ)尺寸的要求需要調整繪圖框圖紙圖幅的尺寸，可(kě)以利用界面是文字框從 “圖幅選擇”中選擇，點擊“圖幅選擇”後會(huì)出現一個(gè)下拉式菜單，從中選擇所常用的圖幅尺寸代号，如果不滿足還(hái)可(kě)以選擇“自定義”，給定需要的橫向尺寸和(hé)縱向尺寸，如圖3-1。如果需要調整圖紙橫排或豎排的形式，隻要在窗體(tǐ)左側的數(shù)據框內(nèi)的“橫排”或“豎排”的選擇框內(nèi)點擊就可(kě)以自動變換，如圖3-2。
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