光学系统设计过程

　　所谓光学系统设计就是根据使用条件，来决定满足使用要求的各种数据，即决定光学系统的性能参数、外形尺寸和各光组的结构等。因此我们可以把光学设计过程分为4 个阶段：外形尺寸计算、初始结构计算、像差校正和平衡以及像质评价。

　　一、外形尺寸计算

　　在这个阶段里要设计拟定出光学系统原理图，确定基本光学特性，使满足给定的技术要求，即确定放大倍率或焦距、线视场或角视视场、数值孔径或相对孔径、共轭距、后工作距离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。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。在计算时一定要考虑机械结构和电气系统，以防止在机构结构上无法实现。每项性能的确定一定要合理，过高要求会使设计结果复杂造成浪费，过低要求会使设计不符合要求，因此这一步骤慎重行事。

　　二、初始结构的计算和选择、初始结构的确定

　　常用以下两种方法：

　　1.根据初级像差理论求解初始结构

　　这种求解初始结构的方法就是根据外形尺寸计算得到的基本特性，利用初级像差理论来求解满足成像质量要求的初始结构。

　　2.从已有的资料中选择初始结构

　　这是一种比较实用又容易获得成功的方法。因此它被很多光学设计者广泛采

　　用。但其要求设计者对光学理论有深刻了解，并有丰富的设计经验，只有这

　　样才能从类型繁多的结构中挑选出简单而又合乎要求的初始结构。

　　初始结构的选择是透镜设计的基础，选型是否合适关系到以后的设计是否成

　　功。一个不好的初始结构，再好的自动设计程序和有经验的设计者也无法使设计获得成功。

　　三、像差校正和平衡

　　初始结构选好后，要在计算机上用光学计算程序进行光路计算，算出全部像差及各种像差曲线。从像差数据分析就可以找出主要是哪些像差影响光学系统的成像质量，从而找出改进的办法，开始进行像差校正。像差分析及平衡是一个反复进行的过程，直到满足成像质量要求为止。

　　四、像质评价

　　光学系统的成像质量与像差的大小有关，光学设计的目的就是要对光学系统的像差给予校正。但是任何光学系统都不可能也没有必要把所有像差都校正到零，必然有剩余像差的存在，剩余像差大小不同，成像质量也就不同。因此光学设计者必须对各种光学系统的剩余像差的允许值和像差公差有所了解，以便根据剩余像差的大小判断光学系统的成像质量。评价光学系统的成像质量的方法很多。