光學系統(tǒng)是由各種不同光學材料制作的光學元件組成的，同時還必須由各種不同金屬材料制作的結構零件支撐起來的一個完整的光學部件才是一個完整的光學系統(tǒng)。正因為如此，由于各種材料在不同環(huán)境溫度和大氣壓力下的熱效應會使光學系統(tǒng)結構參數發(fā)生變化，這就是光學系統(tǒng)的熱效應。光學系統(tǒng)受環(huán)境熱效應的影響必然會影響系統(tǒng)的成像質量。為了保持光學系統(tǒng)成像質量的穩(wěn)定，利用構成光學系統(tǒng)的各光學材料和金屬材料的不同熱效應影響平衡光學系統(tǒng)結構參數的關系維持系統(tǒng)成像質量的最佳效果，這就需要對光學系統(tǒng)的熱環(huán)境進行分析以求獲得一個滿意的結果，這就是光學系統(tǒng)熱分析，分析光學系統(tǒng)熱環(huán)境影響求得系統(tǒng)成像質量穩(wěn)定，這就是光學系統(tǒng)熱環(huán)境分析的目的。
求得光學系統(tǒng)熱平衡，一般有以下途徑，一是適當選擇光學系統(tǒng)光學材料的熱效應影響，也就是利用光學材料的熱效應包括材料的熱環(huán)境對材料折射率的影響和零件中心厚度的影響，相互匹配求得系統(tǒng)成像質量的穩(wěn)定；二是綜合考慮光學材料和金屬材料的熱環(huán)境影響平衡系統(tǒng)成像質量的穩(wěn)定；三是精心設計光學系統(tǒng)的機械結構，采取復合套筒結構控制光學系統(tǒng)表面間隔變化求得系統(tǒng)成像質量穩(wěn)定。所謂復合套筒結構就是利用不同膨脹系數的金屬材料構成雙筒式結構代替簡單的隔圈結構，可以任意獲得光學間隔的熱變化量。
圖1.系統(tǒng)熱平衡綜合計算
為了適應以上熱平衡效果，在OCAD程序主界面的“編輯”菜單內選取“光學系統(tǒng)熱環(huán)境分析”后會彈出如圖1光學系統(tǒng)熱環(huán)境分析窗體界面。在界面的表格上方給出了“環(huán)境溫度”和“大氣環(huán)境特性”的選擇。其中大氣環(huán)境特性的選擇還有“大氣壓力”和“海拔高度”兩種方式，其實不同海拔高度也就體現了對應大氣壓力，由于不同光學產品面對的要求不同，此兩種選擇方式只是為了適應不同的要求模式而定，程序還可以把海拔高度換算成對應大氣壓力。
圖2.系統(tǒng)熱熱環(huán)境分析
有了環(huán)境設置，就是光學系統(tǒng)光機結構參數，在界面的表格內不僅列出了系統(tǒng)光學參數，還有保證光學零件間隔的隔圈材料牌號及長度尺寸。如果使用復合套筒結構的還可以分別給出隔圈和副隔圈的材料牌號及長度尺寸。副隔圈的長度尺寸可以是正值也可以是負值。為方便給定系統(tǒng)隔圈金屬材料牌號，本程序有一個常用金屬材料庫供選擇，而且本常用金屬材料庫還是個開放式數據庫可由用戶自由增刪。
圖3.光學系統(tǒng)熱環(huán)境分析數據表
建立好以上數據即可進行各種光學計算及分析，及時了解系統(tǒng)熱環(huán)境變化后系統(tǒng)成像質量的變化以便及時采取措施，更換材料以求系統(tǒng)熱平衡。
為了同時了解各不同環(huán)境的復雜變化，程序可以同設置多重結構進行各種不同環(huán)境溫度和大氣壓力的組合。利用如圖1窗體填寫熱平衡數據就可類似計算變焦系統(tǒng)一樣以動畫形式同時計算系統(tǒng)在不同熱環(huán)境下的像差曲線如圖4及數據值供分析參考。
圖4.系統(tǒng)不同環(huán)境條件下像差曲線圖
圖5.系統(tǒng)熱平衡多重環(huán)境單選化綜合計算
在建立完多重使用環(huán)境條件后，必須選擇如圖5中“系統(tǒng)熱分析”可選項后，在每次做任何光學計算時都會同時計算或顯示各種不同環(huán)境下的數據或圖形，在顯示各種曲線或圖像時會像變焦系統(tǒng)一樣以動畫的形式動態(tài)顯示，便于全面了解各種不同環(huán)境下系統(tǒng)成像質量的變化。
每次計算都要全面計算或顯示各種不同環(huán)境條件下的數據和圖形固然好，但會使整個計算量過大，影響計算與分析速度。為此還可以采用選擇在指定環(huán)境下進行計算和分析。此時只要放棄選擇“系統(tǒng)熱分析”，此時在該選擇條后會出現一個選擇文本框，如圖5。此時程序只計算指定環(huán)境條件下的各種數據。
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