光学系统设计的具体过程和步骤
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发布时间：2024-10-17 07:26
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时间：2024-10-17 18:05
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光学系统设计的具体过程
1.根据使用要求制定合理的技术参数
从光学系统对使用要求满足程度出发，制定光学系统合理的技术参数，这是设计成功与否的前提条件。
2.光学系统总体设计和布局
总体设计的重点是确定光学原理方案和外形尺寸计算。为了设计出光学系统的原理图，确定基本光学特性，使其满足给定的技术要求，首先要确定放大率（或焦距）、线视场（或角视场）、数值孔径（或相对孔径）共轭距、后工作距、光阑位置和外形尺寸等。因此，常把这个阶段称为外形尺寸计算阶段。一般都按理想光学系统的理论和计算公式进行外形尺寸计算。
在上述计算时还要结合机械结构和电气系统，以防在机械结构上无法实现。每项性能的确定一定要合理，过高的要求会使设计结果复杂，造成浪费；过低的要求会使设计不符合要求。因此，这一步必须慎重。
3.光组的设计
一般分为选型、确定初始结构参数、像差校正三个阶段。
1)选型
光组的划分，一般以一对物像共轭面之间的所有光学零件为一个光组，也可将其进一步划小。现有的常用镜头可分为物镜和目镜两大类。目镜主要用于望远和显微系统。物镜可分为望远、显微和照相摄影物镜三大类。镜头应首先依据孔径、视场及焦距来选择特别要注意各类镜头各自能承担的最大相对孔径、视场角。在大类型选型后，选择能达到预定要求而又结构简单的一种。选型是光学系统设计出发点，合理、适宜与否是设计成败的关键。
2)确定初始结构参数
初始结构的确定常用以下两种方法:
(1)解析法(代数法)，即根据初级像差理论求解初始结构。这种方法是根据外形尺寸日初级像关细论来求解满足成像质量要求的初始结构，即确定系统各光学零件的曲率半径、透镜的厚度和间隔、玻璃的折射率和色散等。
(2)缩放法，即根据对光组的要求，找出性能参数比较接近的已有结构，将其各尺寸乘以缩放比K，得到所要求的结构，并估计其像差的大小或变化趋势。
3)像差校正
初始结构选好后，要在计算机上进行光路计算，或用像差自动校正程序进行自动校正；然后根据计算结果画出像差曲线，分析像差，找出原因，再反复进行像差计算和平衡，直到满足成像质量要求为止。
4.长光路的拼接与统算
以总体设计为依据，以像差评价为准绳，来进行长光路的拼接与统算。如结果不合理，则应反复试算并调整各光组的位置与结构，直到达到预期的目标为止。
5.绘制光学系统图、部件图和零件图
绘制光学系统图、部件图和零件图包括确定各光学零件之间的相对位置，光学零件的实际大小和技术条件。这些图纸为光学零件加工、检验，部件的胶合、装配、校正，乃至整机的装调、测试提供依据。
6.编写设计说明书
设计说明书是进行光学设计整个过程的技术总结，是进行技术方案评审的主要依据。
7.必要时进行技术答辩
组织用户和技术专家，就设计者的设计方案和结果是否达到使用要求进行评价。
光学系统设计步骤
光学系统设计是选择和安排光学系统中各光学零件的材料、曲率和间隔，使得系统的成像性能符合应用要求。一般设计过程基本是减小像差到可以忽略不计或小到可以接受的程度。光学设计可以概括为以下几个步骤:
(1)选择系统的类型；
(2)分配元件的光焦度和间隔；
(3)校正初级像差；
(4)减小残余像差(高级像差)。
以上每个步骤可以包括几个环节，重复地循环这几个步骤，最终找到一个满意的结果。
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