光學(xué)設(shè)計(jì)就是根據(jù)客戶使用條件，來決定滿足使用要求的各種方案，即光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、性能參數(shù)、外形尺寸等。我們可以為客戶提供獨(dú)特的、專業(yè)的、批量化定制光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
光學(xué)設(shè)計(jì)過程分為四個(gè)個(gè)階段：外形尺寸計(jì)算、初始結(jié)構(gòu)計(jì)算、象差校正和平衡以及象質(zhì)評(píng)價(jià)。
一、外形尺寸計(jì)算
設(shè)計(jì)擬定出光學(xué)系統(tǒng)原理圖，確定基本光學(xué)特性，使?jié)M足給定的技術(shù)要求，即確定放大倍率或焦距、線視場(chǎng)或角視視場(chǎng)、數(shù)值孔徑或相對(duì)孔徑、共軛距、后工作距離光闌位置和外形尺寸等。在計(jì)算時(shí)一定要考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣系統(tǒng)，以防止在機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)上無法實(shí)現(xiàn)。每項(xiàng) 性能的確定一定要合理，過高要求會(huì)使設(shè)計(jì)結(jié)果復(fù)雜造成浪費(fèi)，過低要求會(huì)使設(shè)計(jì)不符合要求。
二、初始結(jié)構(gòu)的計(jì)算和選擇
初始結(jié)構(gòu)的確定常用以下兩種方法：
1.根據(jù)初級(jí)象差理論求解初始結(jié)構(gòu)
2.從已有的資料中選擇初始結(jié)構(gòu)
這是一種比較實(shí)用又容易獲得成功的方法。但其要求設(shè)計(jì)者對(duì)光學(xué)理論有深刻了解，并有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，只有這樣才能從類型繁多的結(jié)構(gòu)中挑選出簡單而又合乎要求的初始結(jié)構(gòu)。一個(gè)不好的初始結(jié)構(gòu)，再好的自動(dòng)設(shè)計(jì)程序和有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者也無法使設(shè)計(jì)獲得成功。
三、象差校正和平衡
初始結(jié)構(gòu)選好后，要在計(jì)算機(jī)上用ZEMAX、CODEⅤ等軟件對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行分析和光路追跡，算出全部象差及各種象差曲線。從象差數(shù)據(jù)分析就可以找出主要是哪些象差影響光學(xué)系統(tǒng)的成象質(zhì)量，從而找出改進(jìn)的辦法，開始進(jìn)行象差校正。象差分析及平衡是一個(gè)反復(fù)進(jìn)行的過程，直到滿足成象質(zhì)量要求為止。
四、象質(zhì)評(píng)價(jià)
光學(xué)系統(tǒng)的成象質(zhì)量與象差的大小有關(guān)，光學(xué)設(shè)計(jì)的目的就是要對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的象差給予校正。但是任何光學(xué)系統(tǒng)都不可能也沒有必要把所有象差都校正到零，必然有剩余象差的存在，剩余象差大小不同，成象質(zhì)量也就不同。因此光學(xué)設(shè)計(jì)者必須對(duì)各種光學(xué)系統(tǒng)的剩余象差的允許值和象差公差有所了解，以便根據(jù)剩余象差的大小判斷光學(xué)系統(tǒng)的成象質(zhì)量。評(píng)價(jià)光學(xué)系統(tǒng)的成象質(zhì)量的方法很多，下面簡單介紹一下象質(zhì)評(píng)價(jià)的方法。
1.瑞利判斷
實(shí)際波面與理想波面之間的最大波象差不超過1/4 波長。其是一種較為嚴(yán)格的象質(zhì)評(píng)價(jià)方法，適用于小象差系統(tǒng)如：望遠(yuǎn)鏡、顯微物鏡等。
2.光學(xué)傳遞函數(shù)MTF
此方法是基于把物體看作是由各種頻率的譜組成的。把光學(xué)系統(tǒng)看作是線性不變系統(tǒng)，這樣，物體經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成象，可視為不同頻率的一系列正弦分布線性系統(tǒng)的傳遞。傳遞的特點(diǎn)是頻率不變，但對(duì)比度下有所下降。對(duì)比度的降低和位相的推移隨頻率而異，它們之間的函數(shù)關(guān)系稱為光學(xué)傳遞函數(shù)。由于光學(xué)傳遞函數(shù)與象差有關(guān)，故可用來評(píng)價(jià)光學(xué)系統(tǒng)成象質(zhì)量。它具有客觀、可靠的優(yōu)點(diǎn)，并且便于計(jì)算和測(cè)量，它不僅能用于光學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)果的評(píng)價(jià)，還能控制光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程、鏡頭檢驗(yàn)、光學(xué)總體設(shè)計(jì)等各方面。
