為確保光學系統(tǒng)能夠符合規(guī)格要求，從事光學設(shè)計的人員需要對設(shè)計過程的幾個方面進行充分可考慮，即光學系統(tǒng)初步設(shè)計，光學系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，雜散光分析，以及系統(tǒng)公差分析。通過對設(shè)計過程的揭秘，揭開光線“軌跡”的神秘面紗，讓我們對光學系統(tǒng)更加了解！

光學系統(tǒng)的設(shè)計需要不同且相互關(guān)聯(lián)的步驟組成，需要為每個光學元件建立一組光學參數(shù)，以使設(shè)計的性能水平超過設(shè)計規(guī)格。經(jīng)過容差分析，驗證系統(tǒng)在考慮材料特性、制造和裝配限制時是否仍能滿足規(guī)格要求。

1. 初步設(shè)計的目的

·       仔細考慮設(shè)計規(guī)格的各個方面

·       確保提供了所有必要信息和設(shè)計規(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，對光學系統(tǒng)的規(guī)格和要求進行初步規(guī)劃：

3. 進行光線追跡

初步設(shè)計通過追跡系統(tǒng)中的光線來定位孔徑光闌，以及光學設(shè)計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：從軸上物點出射并在圖像上重新與軸線交叉之前穿過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光軸的主線，主光線可確定光瞳面的位置、視場和圖像的高度。

4. 實際設(shè)計

在進行了用以確定包括元件數(shù)量、鏡頭和透鏡的使用、相對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)計之后，就可以開始設(shè)計實際系統(tǒng)了。光學系統(tǒng)的合成從初步設(shè)計中所確定的基本布局開始，以此為基礎(chǔ)，可使用鏡頭設(shè)計程序來確定滿足性能規(guī)格所需的光學參數(shù)；然后，鏡頭設(shè)計程序?qū)⑼ㄟ^所提供的信息來查找符合性能目標的參數(shù)值組合。這個階段，需要確定最初的基本設(shè)計是否有足以提供可接受解決方案的自由參數(shù)。如果沒有，則必須重新開始設(shè)計流程。

我們發(fā)現(xiàn)全面了解光學設(shè)計和分析過程以及正確使用可用的光學軟件工具可保證每個特定應用最佳的光學設(shè)計。光學設(shè)計不僅是技術(shù)實現(xiàn)的橋梁，更是科技創(chuàng)新的核心驅(qū)動力。從基礎(chǔ)科研到工業(yè)應用，從日常生活到未來科技，其重要性體現(xiàn)在提升系統(tǒng)性能、突破技術(shù)瓶頸、改善用戶體驗等多個層面。