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1。
圖1.圖幅尺寸選擇
圖2.圖紙的橫豎排列選擇
通(tōng)過以上(shàng)設置即可(kě)進行(xíng)光學系統初步方案草圖繪制(zhì)。所有(yǒu)光學系統，其基本元素都不外乎是由透鏡、光欄、反射鏡以及折射棱鏡等組成。光學系統初始結構方案的繪制(zhì)，就是依次在繪圖框內(nèi)安排各種不同光學元素，作(zuò)為(wèi)棋子一樣排兵布陣。在布陣時(shí)，先在左側數(shù)據框的表格框內(nèi)“元件名稱”列的對應面序号欄內(nèi)點擊，立即在對應位置出現“命令集”下拉式菜單，從中選取所需光學元素。
① 初始方案草圖繪制(zhì)
Ⅰ 透鏡的繪制(zhì)
透鏡是構成光學系統的最基本元素，由于透鏡具有(yǒu)相應光焦度，所以他是光線成像的基本元素。透鏡焦距為(wèi)零時(shí)就是保護玻璃或分劃鏡。一般光學系統的前端第一個(gè)零件都用透鏡（或保護玻璃）。因此在繪制(zhì)光學方案草圖時(shí)首先在繪圖框內(nèi)先畫(huà)透鏡。
繪制(zhì)透鏡時(shí)，先在 下拉菜單“命令集”中選取“透鏡”，同時(shí)界面要求輸入透鏡焦距值，然後在右側繪圖框內(nèi)光軸上(shàng)相應位置點擊劃動一下，等出現一條藍(lán)色線條定位後确定透鏡所在位置，程序自動繪制(zhì)出該透鏡圖形并顯示系統光線，同時(shí)在數(shù)據表格內(nèi)顯示有(yǒu)關參數(shù)。繪圖過程見圖3所示。繪圖結果如圖4。依此類推可(kě)以反複繪制(zhì)許多(duō)所需要的透鏡元素構成光學系統。
圖3.透鏡的繪制(zhì)過程
圖4.透鏡的繪制(zhì)
Ⅱ 反射鏡的繪制(zhì)
反射鏡同樣也是構成光學系統的組成元素之一。由于反射鏡通(tōng)過對光線反射成像，同時(shí)，由于反射鏡與光軸夾角的改變可(kě)以用于折轉光軸。
在繪制(zhì)反射鏡時(shí)，與上(shàng)相同，在命令集內(nèi)選擇了“反射鏡”，繪制(zhì)反射鏡時(shí)首先需要輸入反射鏡的焦距值，接着還(hái)有(yǒu)輸入反射鏡與光軸的夾角，然後在繪圖框內(nèi)适當位置點擊，即可(kě)自動繪制(zhì)出所需圖形，如圖5右側圖形。由于反射鏡的焦距是由反射鏡不同表面半徑決定的，為(wèi)簡化方便在方案草圖中均用平面表示。
圖5.反射鏡的繪制(zhì)
Ⅲ 折射棱鏡的繪制(zhì)
折射棱鏡在光學系統內(nèi)不僅可(kě)以起到折轉光軸的作(zuò)用，還(hái)可(kě)用來(lái)對物象起到倒像或鏡像轉換作(zuò)用。在繪制(zhì)折射棱鏡前首先要在命令集內(nèi)選取“反射棱鏡”，由于折射棱鏡有(yǒu)較長的光軸展開(kāi)長度，相當于一塊有(yǒu)相當厚度的平闆玻璃，具有(yǒu)不同等效空(kōng)氣層，因此在繪制(zhì)反射棱鏡時(shí)還(hái)須給出棱鏡材料的玻璃牌号名稱，然後從在界面上(shàng)顯示反射棱鏡名稱的下拉式菜單上(shàng)選擇需要的反射棱鏡名稱，由于反射棱鏡是非對稱元件，在選擇棱鏡名稱後還(hái)有(yǒu)按提示要求輸入棱鏡主截面與圖面的沿光軸夾角，有(yǒu)些(xiē)棱鏡還(hái)需要繼續輸入比如棱鏡光軸長度延長尺寸或棱鏡潛望高(gāo)度等參數(shù)，可(kě)按界面提示輸入。所需數(shù)據填寫完畢後，在繪圖框內(nèi)棱鏡應該位置是點擊劃動一下，等出現一條藍(lán)色線條定位，即可(kě)自動繪制(zhì)出該反射棱鏡圖形如圖6。
圖6.反射棱鏡的名稱選擇
圖7.輸入反射棱鏡玻璃材料牌号
圖8.選擇反射棱鏡的棱鏡名稱代号
圖9.系統內(nèi)繪制(zhì)反射棱鏡元素
Ⅳ 光楔的繪制(zhì)
光楔也就是光學系統中常用的折射棱鏡，可(kě)以用以進行(xíng)光線折轉實現系統掃描或變形處理(lǐ)。在光楔元件中又又單光楔和(hé)膠合光楔兩種，單光楔結構簡單，膠合光楔可(kě)以做(zuò)消色差處理(lǐ)，各有(yǒu)用途。
圖10.系統內(nèi)繪制(zhì)光楔元素
Ⅴ 孔徑光欄的繪制(zhì)
孔徑光欄雖然不是光學零件，但(dàn)可(kě)在光學系統內(nèi)對主光線位置起着決定作(zuò)用，而且會(huì)影(yǐng)響整個(gè)光學系統外形尺寸的作(zuò)用。
在繪制(zhì)孔徑光欄時(shí)，按以上(shàng)方法在命令集內(nèi)選擇“光欄”，然後在繪圖框的光學系統內(nèi)光欄位置上(shàng)點擊劃動一下，等出現一條藍(lán)色線條定位，即可(kě)自動繪出孔徑光欄圖形，并自動求解出主光線的位置，如圖11。
圖11.繪制(zhì)系統內(nèi)孔徑光欄
按照以上(shàng)方法繪制(zhì)系統內(nèi)各不同光學元素後，如果需要繼續排布其他元素，可(kě)以按同樣方法依次繪制(zhì)。每次都可(kě)随意選擇不同光學元素。如圖12。
圖12.繪制(zhì)出的各種不同光學系統方案草圖
Ⅵ 望遠系統的參數(shù)建立
作(zuò)為(wèi)目視(shì)的望遠系統，目标在無限遠處，經系統成像後由目鏡出射的像方也應該在無限遠處便于人(rén)眼接收。為(wèi)了獲得(de)出射平行(xíng)光線，要求系統物鏡像面與目鏡前焦面重合。如果系統有(yǒu)分劃鏡，還(hái)要求物鏡焦面、分劃面以及目鏡像面三者彼此都要重合。為(wèi)了滿足這一要求，在繪制(zhì)方案草圖時(shí)，應該使系統物鏡與目鏡間(jiān)空(kōng)氣間(jiān)隔等于物鏡後截距與目鏡前截距之和(hé)。在操作(zuò)時(shí)可(kě)以點擊該間(jiān)隔數(shù)據後一列的間(jiān)隔特性處，界面會(huì)出現一個(gè)下拉菜單，給出多(duō)項選擇，其中包括：物鏡後截距、目鏡前截距以及物鏡目鏡間(jiān)隔等三項。如果系統沒有(yǒu)分劃闆，可(kě)以直接選擇”物鏡目鏡間(jiān)隔（L12）”，程序會(huì)自動計(jì)算(suàn)出物鏡後截距和(hé)目鏡前截距總和(hé)并輸入給物鏡和(hé)目鏡間(jiān)的空(kōng)氣間(jiān)隔值構成望遠系統完整數(shù)據。
圖13.望遠系統的參數(shù)建立
如果系統內(nèi)有(yǒu)分劃闆，還(hái)要求物鏡像面與分劃面重合。此時(shí)必須分别要求物鏡與分劃面之間(jiān)間(jiān)隔等于物鏡後截距，分劃面與目鏡間(jiān)隔等于目鏡前截距。此時(shí)就要在下拉菜單內(nèi)分别選擇“物鏡後截距（L1）”和(hé) “物鏡目鏡間(jiān)隔（L12）”，程序自動計(jì)算(suàn)出對應數(shù)據輸入，構成完整望遠系統數(shù)據參數(shù)。
圖14.帶有(yǒu)分劃闆的望遠系統的參數(shù)建立
Ⅶ 顯微物鏡放大(dà)倍率的物距給定
顯微鏡的放大(dà)倍率決定着顯微鏡的顯微放大(dà)能力。當顯微鏡的焦距值一定時(shí)，決定其放大(dà)倍率的取決于系統物面距離。為(wèi)此在一個(gè)顯微系統初始方案建模完成後，确定系統物距是很(hěn)重要。本程序就具有(yǒu)自動求解并輸入顯微物鏡物距的功能。在操作(zuò)時(shí)隻要在界面的數(shù)據表格內(nèi)物距數(shù)據特性欄內(nèi)點擊， 然後出現下拉式菜單，從中選擇“計(jì)算(suàn)物面距離（Lo）”， 再根據提示輸入系統角放大(dà)率值，程序會(huì)自動求解并輸入顯微物鏡的物距值。
圖15.根據放大(dà)倍率求解顯微物鏡物距參數(shù)
② 方案草圖的調整與修改
既然是方案草圖隻是光學系統結構方案的初步設想，必然需要結構反複調整修改才能逐漸成熟。
Ⅰ 元件參數(shù)的修改
光學元件的參數(shù)包括各光學元素的焦距值、反射鏡的表面傾斜角以及各光學元素之間(jiān)的空(kōng)氣間(jiān)隔等，對于折射棱鏡，還(hái)可(kě)以重新選擇棱鏡名稱及其相應參數(shù)。總之，凡是在繪圖過程中輸入的數(shù)據均可(kě)方便地修改。修改方式有(yǒu)兩種，一是直接在數(shù)據表格內(nèi)修改重新輸入所需數(shù)據，第二種方法是在點擊了需要修改是數(shù)據時(shí)在上(shàng)方會(huì)出現一個(gè)可(kě)調整數(shù)據的拉杆工具條，隻要拉動工具條，對應數(shù)據就會(huì)連續變化，直到滿足要求為(wèi)止。比如需要調整系統在第一塊透鏡的焦距，首先利用鼠标點擊表格框在指定光學元素所在序号中元件焦距數(shù)據，立即可(kě)以看到上(shàng)方出現的拉杆條，此時(shí)拉到拉杆條指針，就可(kě)發現圖相框內(nèi)圖形在動态變化，指定松開(kāi)鼠标修改結束。其他參數(shù)修改于此類似。
圖16.元件參數(shù)的修改
Ⅱ 元件布局位置的調整
方案草圖的調整與修改不僅隻是修改某光學元件的本身特性參數(shù)，各元件之間(jiān)的相對位置也同樣是光學系統的重要參數(shù)。
為(wèi)了調整光學元素的空(kōng)間(jiān)位置在修改指定參數(shù)時(shí)還(hái)必須保持其他元素的位置不變，比如要在系統在改變其中孔徑光欄位置，或者叫把孔徑光闌在前後兩個(gè)透鏡間(jiān)移動，此時(shí)可(kě)以利用工具條在“位移”功能。首先點擊數(shù)據框內(nèi)對應“光欄”元件，然後選擇工具條在“位移”按鈕，可(kě)以發現有(yǒu)許多(duō)子功能，選擇其中“單件拖移”，此時(shí)在繪圖框內(nèi)需要元件會(huì)變成紅色提示，再利用鼠标點擊該元素，沿光軸方向移動，直接該元件随之移動，其他元件保持不動，指定帶起鼠标，調整完畢。
圖17.元件的單件拖移
如果要求一次同時(shí)調整連續幾個(gè)光學元素位置，可(kě)以利用子工具條內(nèi)“局部拖移”功能，和(hé)以上(shàng)類似，先選擇需要移動的前一個(gè)元件序号後在選擇“局部拖移”功能後界面提示需要輸入局部元件的最後一個(gè)元件的随着面序号，其餘相同，調整後的效果如圖18。
圖18.部分元件的集體(tǐ)拖移
以上(shàng)光學元素的位移不僅可(kě)以使用鼠标拖移方法，也可(kě)以給定移動數(shù)據，采用單件數(shù)移或局部數(shù)移方法實現。
Ⅲ 元件的添加與删除
在方案草圖設計(jì)過程難免需要随時(shí)添加或删除不同光學元素。需要删除時(shí)很(hěn)簡單，隻要首先指定數(shù)據框內(nèi)數(shù)據表格內(nèi)需要删除對象，利用工具條中“删除”按鈕，即可(kě)立即完成。如果需要添加新光學元素，需要首先指定添加光學元素的上(shàng)一行(xíng)相應序号，等出現“命令集”後即可(kě)順利添加所需元素。
Ⅳ 圖形繪制(zhì)的比例及位置調整
在系統方案修改與調整過程中，會(huì)産生(shēng)整個(gè)圖形在圖紙內(nèi)的尺寸變化，甚至超出圖紙範圍或圖形位置不平衡，此時(shí)可(kě)利用工具條內(nèi)“位移”按鈕或“縮放”按鈕及時(shí)調整。需要調整圖紙繪圖比例時(shí)，可(kě)選擇“縮放”按鈕，圖面上(shàng)出現斜向箭頭圖标，順箭頭方向左右移動即可(kě)調整圖形比例。如需整體(tǐ)移動圖形，可(kě)選擇“位移”按鈕，圖面出現十字形圖标，鼠标可(kě)以任意拉到圖形移動的任意位置，直到滿意為(wèi)止，如圖19。在進行(xíng)圖形位移時(shí)還(hái)可(kě)以選擇“縮放”按鈕的子按鈕中“全局數(shù)移”按指定數(shù)據移動。
圖19.圖形的縮放與位移功能
如果隻需要調整繪圖比例，可(kě)利用窗體(tǐ)數(shù)據界面內(nèi)“繪圖比例”功能，此功能比較簡單，一方面可(kě)以直接修改繪圖比例數(shù)據，同時(shí)還(hái)可(kě)以使用拉杆條拖動，連續修改繪圖比例，動态顯示修改效果指定合适為(wèi)止，如圖20所示。
圖20.使用“繪圖比例”調整圖形繪制(zhì)比例
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