光學系統是由各種不同光學材料制(zhì)作(zuò)的光學元件組成的，同時(shí)還(hái)必須由各種不同金屬材料制(zhì)作(zuò)的結構零件支撐起來(lái)的一個(gè)完整的光學部件才是一個(gè)完整的光學系統。正因為(wèi)如此，由于各種材料在不同環境溫度和(hé)大(dà)氣壓力下的熱效應會(huì)使光學系統結構參數(shù)發生(shēng)變化，這就是光學系統的熱效應。光學系統受環境熱效應的影(yǐng)響必然會(huì)影(yǐng)響系統的成像質量。為(wèi)了保持光學系統成像質量的穩定，利用構成光學系統的各光學材料和(hé)金屬材料的不同熱效應影(yǐng)響平衡光學系統結構參數(shù)的關系維持系統成像質量的最佳效果，這就需要對光學系統的熱環境進行(xíng)分析以求獲得(de)一個(gè)滿意的結果，這就是光學系統熱分析，分析光學系統熱環境影(yǐng)響求得(de)系統成像質量穩定，這就是光學系統熱環境分析的目的。
求得(de)光學系統熱平衡，一般有(yǒu)以下途徑，一是适當選擇光學系統光學材料的熱效應影(yǐng)響，也就是利用光學材料的熱效應包括材料的熱環境對材料折射率的影(yǐng)響和(hé)零件中心厚度的影(yǐng)響，相互匹配求得(de)系統成像質量的穩定；二是綜合考慮光學材料和(hé)金屬材料的熱環境影(yǐng)響平衡系統成像質量的穩定；三是精心設計(jì)光學系統的機械結構，采取複合套筒結構控制(zhì)光學系統表面間(jiān)隔變化求得(de)系統成像質量穩定。所謂複合套筒結構就是利用不同膨脹系數(shù)的金屬材料構成雙筒式結構代替簡單的隔圈結構，可(kě)以任意獲得(de)光學間(jiān)隔的熱變化量。
圖1.系統熱平衡綜合計(jì)算(suàn)
為(wèi)了适應以上(shàng)熱平衡效果，在OCAD程序主界面的“編輯”菜單內(nèi)選取“光學系統熱環境分析”後會(huì)彈出如圖1光學系統熱環境分析窗體(tǐ)界面。在界面的表格上(shàng)方給出了“環境溫度”和(hé)“大(dà)氣環境特性”的選擇。其中大(dà)氣環境特性的選擇還(hái)有(yǒu)“大(dà)氣壓力”和(hé)“海拔高(gāo)度”兩種方式，其實不同海拔高(gāo)度也就體(tǐ)現了對應大(dà)氣壓力，由于不同光學産品面對的要求不同，此兩種選擇方式隻是為(wèi)了适應不同的要求模式而定，程序還(hái)可(kě)以把海拔高(gāo)度換算(suàn)成對應大(dà)氣壓力。
圖2.系統熱熱環境分析
有(yǒu)了環境設置，就是光學系統光機結構參數(shù)，在界面的表格內(nèi)不僅列出了系統光學參數(shù)，還(hái)有(yǒu)保證光學零件間(jiān)隔的隔圈材料牌号及長度尺寸。如果使用複合套筒結構的還(hái)可(kě)以分别給出隔圈和(hé)副隔圈的材料牌号及長度尺寸。副隔圈的長度尺寸可(kě)以是正值也可(kě)以是負值。為(wèi)方便給定系統隔圈金屬材料牌号，本程序有(yǒu)一個(gè)常用金屬材料庫供選擇，而且本常用金屬材料庫還(hái)是個(gè)開(kāi)放式數(shù)據庫可(kě)由用戶自由增删。
圖3.光學系統熱環境分析數(shù)據表
建立好以上(shàng)數(shù)據即可(kě)進行(xíng)各種光學計(jì)算(suàn)及分析，及時(shí)了解系統熱環境變化後系統成像質量的變化以便及時(shí)采取措施，更換材料以求系統熱平衡。
為(wèi)了同時(shí)了解各不同環境的複雜變化，程序可(kě)以同設置多(duō)重結構進行(xíng)各種不同環境溫度和(hé)大(dà)氣壓力的組合。利用如圖1窗體(tǐ)填寫熱平衡數(shù)據就可(kě)類似計(jì)算(suàn)變焦系統一樣以動畫(huà)形式同時(shí)計(jì)算(suàn)系統在不同熱環境下的像差曲線如圖4及數(shù)據值供分析參考。
圖4.系統不同環境條件下像差曲線圖
圖5.系統熱平衡多(duō)重環境單選化綜合計(jì)算(suàn)
在建立完多(duō)重使用環境條件後，必須選擇如圖5中“系統熱分析”可(kě)選項後，在每次做(zuò)任何光學計(jì)算(suàn)時(shí)都會(huì)同時(shí)計(jì)算(suàn)或顯示各種不同環境下的數(shù)據或圖形，在顯示各種曲線或圖像時(shí)會(huì)像變焦系統一樣以動畫(huà)的形式動态顯示，便于全面了解各種不同環境下系統成像質量的變化。
每次計(jì)算(suàn)都要全面計(jì)算(suàn)或顯示各種不同環境條件下的數(shù)據和(hé)圖形固然好，但(dàn)會(huì)使整個(gè)計(jì)算(suàn)量過大(dà)，影(yǐng)響計(jì)算(suàn)與分析速度。為(wèi)此還(hái)可(kě)以采用選擇在指定環境下進行(xíng)計(jì)算(suàn)和(hé)分析。此時(shí)隻要放棄選擇“系統熱分析”，此時(shí)在該選擇條後會(huì)出現一個(gè)選擇文本框，如圖5。此時(shí)程序隻計(jì)算(suàn)指定環境條件下的各種數(shù)據。
|
