光学系统设计与优化过程中应注意的事项

       光学设计是指利用光学原理和技术对光学元件和光学系统进行设计的过程。光学设计历史悠久，近年来，随着光学设计软件的发展，光学设计工作似乎变得越来越简单和实用。对于一些比较简单的系统，我们确实可以通过设置系统参数和评估参数来选择合适的初始结构。这使我们能够更轻松地获得设计结果。
    常用的光学设计软件，如Zemax、CodeV，提供了一种非常方便、直观的方法来评估光学系统的性能，如调制传递函数、波前差、光斑尺寸等。光学系统需要具有满足用户要求的设计性能。然而，对设计性能的满意只是光学设计的第一步。光学系统的评估应该是多方面的。

    一、公差分析与优化
    由于设计评价中使用的零件或组件都是完美无缺陷得，系统并未考虑组装的影响，因此，系统的设计性能很有可能非常好。但是，加工后的零件或组件存在各种可能出现的误差，基于公差分析，进行产品合格率的模拟是设计过程中的重要组成部分，特别是对于要求高的复杂系统。公差分析可以客观地评估光学系统在生产过程中的合格率，判断加工生产的风险。

    二、光学零件的可加工性
    光学系统由光学零件组成。零件加工的难度直接影响光学系统的加工周期和合格率，甚至会影响项目的进度。
    如果设计的零件与组件无法加工，则应重新优化。同时，在设计过程中，应尽量减少难以加工且合格率低的光学零件的数量。对于在产品制造过程中需要进行调整的光学系统，设计人员还应考虑元件的形状是否会影响装校过程。

    三、光学材料的选择
    光学材料的选择是设计过程的重要组成部分。虽然光学设计软件可以自动寻找到适合系统性能的光学材料，但设计人员仍然必须从各个角度评估这些材料是否合适。
    建议选择更便宜、加工周期更短的材料。否则，寻找材料可能具有挑战性，从而增大零件加工周期过长的风险。
    光学材料的硬度和化学稳定性影响加工难度，会影响镜头加工的周期和成品率率。
    材料的选择应与应用场合保持一致。设计师的需要了解项目的应用环境等因素。

    四、装校方案与测试
    光学系统的生产和验证涉及系统装校和性能测试。如果在设计过程中不考虑如何调整和测试，调整和测试就会失去基础。在进行光学设计之前，应考虑实际产品的加工工艺和测试内容。根据所选的工艺和测试条件，在设计过程中对光学系统进行优化。

    五、光机耦合
    光学系统在投入生产之前，需要进行结构设计，即完成光学系统的机械设计。光学设计人员在设计过程中应与机械设计工程师保持充分的沟通。如果最初的光学设计对于结构设计有困难，则应进行相应的改进。

    优化光学系统设计不仅仅是实现理论性能。成功的设计会考虑可制造性、材料选择、易于组装和测试以及与最终机械结构的兼容性。通过从一开始就结合这些方面，设计人员可以创建不仅功能强大，而且可行且具有成本效益的光学系统。
    文章来源：红外光学