為確保光學(xué)系統(tǒng)能夠符合規(guī)格要求，從事光學(xué)設(shè)計(jì)的人員需要對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的幾個(gè)方面進(jìn)行充分可考慮，即光學(xué)系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)，光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，雜散光分析，以及系統(tǒng)公差分析。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的揭秘，揭開(kāi)光線“軌跡"的神秘面紗，讓我們對(duì)光學(xué)系統(tǒng)更加了解！

光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要不同且相互關(guān)聯(lián)的步驟組成，需要為每個(gè)光學(xué)元件建立一組光學(xué)參數(shù)，以使設(shè)計(jì)的性能水平超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)格。經(jīng)過(guò)容差分析，驗(yàn)證系統(tǒng)在考慮材料特性、制造和裝配限制時(shí)是否仍能滿足規(guī)格要求。

1. 初步設(shè)計(jì)的目的

·       仔細(xì)考慮設(shè)計(jì)規(guī)格的各個(gè)方面

·       確保提供了所有必要信息和設(shè)計(jì)規(guī)格要求

·       討論任何缺失的不完整或不一致的要求

·       判斷所需系統(tǒng)是否在物理上可以合理實(shí)現(xiàn)

2. 確定初步系統(tǒng)布局

在確定所有必要規(guī)格信息都可以使用后，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的規(guī)格和要求進(jìn)行初步規(guī)劃：

3. 進(jìn)行光線追跡

初步設(shè)計(jì)通過(guò)追跡系統(tǒng)中的光線來(lái)定位孔徑光闌，以及光學(xué)設(shè)計(jì)中的光瞳和圖像位置，特別是使用兩種特定的射線：邊緣光線和主光線。

·       邊緣光線：從軸上物點(diǎn)出射并在圖像上重新與軸線交叉之前穿過(guò)光瞳或孔徑光闌的邊緣的主線，邊緣主線可用于確定圖像平面的位置和焦距。

·       主光線：從物體邊緣出射并在孔徑光闌或光瞳位置穿過(guò)光軸的主線，主光線可確定光瞳面的位置、視場(chǎng)和圖像的高度。

4. 實(shí)際設(shè)計(jì)

在進(jìn)行了用以確定包括元件數(shù)量、鏡頭和透鏡的使用、相對(duì)光闌位置以及基本系統(tǒng)形狀在內(nèi)的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)之后，就可以開(kāi)始設(shè)計(jì)實(shí)際系統(tǒng)了。光學(xué)系統(tǒng)的合成從初步設(shè)計(jì)中所確定的基本布局開(kāi)始，以此為基礎(chǔ)，可使用鏡頭設(shè)計(jì)程序來(lái)確定滿足性能規(guī)格所需的光學(xué)參數(shù)；然后，鏡頭設(shè)計(jì)程序?qū)⑼ㄟ^(guò)所提供的信息來(lái)查找符合性能目標(biāo)的參數(shù)值組合。這個(gè)階段，需要確定最初的基本設(shè)計(jì)是否有足以提供可接受解決方案的自由參數(shù)。如果沒(méi)有，則必須重新開(kāi)始設(shè)計(jì)流程。

我們發(fā)現(xiàn)全面了解光學(xué)設(shè)計(jì)和分析過(guò)程以及正確使用可用的光學(xué)軟件工具可保證每個(gè)特定應(yīng)用最佳的光學(xué)設(shè)計(jì)。光學(xué)設(shè)計(jì)不僅是技術(shù)實(shí)現(xiàn)的橋梁，更是科技創(chuàng)新的核心驅(qū)動(dòng)力。從基礎(chǔ)科研到工業(yè)應(yīng)用，從日常生活到未來(lái)科技，其重要性體現(xiàn)在提升系統(tǒng)性能、突破技術(shù)瓶頸、改善用戶體驗(yàn)等多個(gè)層面。