光學(xué)系統(tǒng)是由各種不同光學(xué)材料制作的光學(xué)元件組成的，同時(shí)還必須由各種不同金屬材料制作的結(jié)構(gòu)零件支撐起來(lái)的一個(gè)完整的光學(xué)部件才是一個(gè)完整的光學(xué)系統(tǒng)。正因?yàn)槿绱耍捎诟鞣N材料在不同環(huán)境溫度和大氣壓力下的熱效應(yīng)會(huì)使光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化，這就是光學(xué)系統(tǒng)的熱效應(yīng)。光學(xué)系統(tǒng)受環(huán)境熱效應(yīng)的影響必然會(huì)影響系統(tǒng)的成像質(zhì)量。為了保持光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的穩(wěn)定，利用構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)的各光學(xué)材料和金屬材料的不同熱效應(yīng)影響平衡光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系維持系統(tǒng)成像質(zhì)量的最佳效果，這就需要對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的熱環(huán)境進(jìn)行分析以求獲得一個(gè)滿意的結(jié)果，這就是光學(xué)系統(tǒng)熱分析，分析光學(xué)系統(tǒng)熱環(huán)境影響求得系統(tǒng)成像質(zhì)量穩(wěn)定，這就是光學(xué)系統(tǒng)熱環(huán)境分析的目的。
求得光學(xué)系統(tǒng)熱平衡，一般有以下途徑，一是適當(dāng)選擇光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)材料的熱效應(yīng)影響，也就是利用光學(xué)材料的熱效應(yīng)包括材料的熱環(huán)境對(duì)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(zhì)量的穩(wěn)定；二是綜合考慮光學(xué)材料和金屬材料的熱環(huán)境影響平衡系統(tǒng)成像質(zhì)量的穩(wěn)定；三是精心設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，采取復(fù)合套筒結(jié)構(gòu)控制光學(xué)系統(tǒng)表面間隔變化求得系統(tǒng)成像質(zhì)量穩(wěn)定。所謂復(fù)合套筒結(jié)構(gòu)就是利用不同膨脹系數(shù)的金屬材料構(gòu)成雙筒式結(jié)構(gòu)代替簡(jiǎn)單的隔圈結(jié)構(gòu)，可以任意獲得光學(xué)間隔的熱變化量。
圖1.系統(tǒng)熱平衡綜合計(jì)算
為了適應(yīng)以上熱平衡效果，在OCAD程序主界面的“編輯”菜單內(nèi)選取“光學(xué)系統(tǒng)熱環(huán)境分析”后會(huì)彈出如圖1光學(xué)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(shí)不同海拔高度也就體現(xiàn)了對(duì)應(yīng)大氣壓力，由于不同光學(xué)產(chǎn)品面對(duì)的要求不同，此兩種選擇方式只是為了適應(yīng)不同的要求模式而定，程序還可以把海拔高度換算成對(duì)應(yīng)大氣壓力。
圖2.系統(tǒng)熱熱環(huán)境分析
有了環(huán)境設(shè)置，就是光學(xué)系統(tǒng)光機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)，在界面的表格內(nèi)不僅列出了系統(tǒng)光學(xué)參數(shù)，還有保證光學(xué)零件間隔的隔圈材料牌號(hào)及長(zhǎng)度尺寸。如果使用復(fù)合套筒結(jié)構(gòu)的還可以分別給出隔圈和副隔圈的材料牌號(hào)及長(zhǎng)度尺寸。副隔圈的長(zhǎng)度尺寸可以是正值也可以是負(fù)值。為方便給定系統(tǒng)隔圈金屬材料牌號(hào)，本程序有一個(gè)常用金屬材料庫(kù)供選擇，而且本常用金屬材料庫(kù)還是個(gè)開(kāi)放式數(shù)據(jù)庫(kù)可由用戶自由增刪。
圖3.光學(xué)系統(tǒng)熱環(huán)境分析數(shù)據(jù)表
建立好以上數(shù)據(jù)即可進(jìn)行各種光學(xué)計(jì)算及分析，及時(shí)了解系統(tǒng)熱環(huán)境變化后系統(tǒng)成像質(zhì)量的變化以便及時(shí)采取措施，更換材料以求系統(tǒng)熱平衡。
為了同時(shí)了解各不同環(huán)境的復(fù)雜變化，程序可以同設(shè)置多重結(jié)構(gòu)進(jìn)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(xiě)熱平衡數(shù)據(jù)就可類(lèi)似計(jì)算變焦系統(tǒng)一樣以動(dòng)畫(huà)形式同時(shí)計(jì)算系統(tǒng)在不同熱環(huán)境下的像差曲線如圖4及數(shù)據(jù)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(jì)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(xiàng)后，在每次做任何光學(xué)計(jì)算時(shí)都會(huì)同時(shí)計(jì)算或顯示各種不同環(huán)境下的數(shù)據(jù)或圖形，在顯示各種曲線或圖像時(shí)會(huì)像變焦系統(tǒng)一樣以動(dòng)畫(huà)的形式動(dòng)態(tài)顯示，便于全面了解各種不同環(huán)境下系統(tǒng)成像質(zhì)量的變化。
每次計(jì)算都要全面計(jì)算或顯示各種不同環(huán)境條件下的數(shù)據(jù)和圖形固然好，但會(huì)使整個(gè)計(jì)算量過(guò)大，影響計(jì)算與分析速度。為此還可以采用選擇在指定環(huán)境下進(jìn)行計(jì)算和分析。此時(shí)只要放棄選擇“系統(tǒng)熱分析”，此時(shí)在該選擇條后會(huì)出現(xiàn)一個(gè)選擇文本框，如圖5。此時(shí)程序只計(jì)算指定環(huán)境條件下的各種數(shù)據(jù)。
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