填寫完對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)要求之后就可以在窗體右側(cè)的繪圖框內(nèi)繪制光學(xué)系統(tǒng)方案草圖。繪圖框的基本尺寸默認(rèn)為一張橫排的A4圖紙。如果根據(jù)系統(tǒng)總體尺寸的要求需要調(diào)整繪圖框圖紙圖幅的尺寸，可以利用界面是文字框從 “圖幅選擇”中選擇，點(diǎn)擊“圖幅選擇”后會(huì)出現(xiàn)一個(gè)下拉式菜單，從中選擇所常用的圖幅尺寸代號(hào)，如果不滿足還可以選擇“自定義”，給定需要的橫向尺寸和縱向尺寸，如圖3-1。如果需要調(diào)整圖紙橫排或豎排的形式，只要在窗體左側(cè)的數(shù)據(jù)框內(nèi)的“橫排”或“豎排”的選擇框內(nèi)點(diǎn)擊就可以自動(dòng)變換，如圖1。
圖1.圖幅尺寸選擇
圖2.圖紙的橫豎排列選擇
通過以上設(shè)置即可進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)初步方案草圖繪制。所有光學(xué)系統(tǒng)，其基本元素都不外乎是由透鏡、光欄、反射鏡以及折射棱鏡等組成。光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)方案的繪制，就是依次在繪圖框內(nèi)安排各種不同光學(xué)元素，作為棋子一樣排兵布陣。在布陣時(shí)，先在左側(cè)數(shù)據(jù)框的表格框內(nèi)“元件名稱”列的對(duì)應(yīng)面序號(hào)欄內(nèi)點(diǎn)擊，立即在對(duì)應(yīng)位置出現(xiàn)“命令集”下拉式菜單，從中選取所需光學(xué)元素。
① 初始方案草圖繪制
Ⅰ 透鏡的繪制
透鏡是構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)的最基本元素，由于透鏡具有相應(yīng)光焦度，所以他是光線成像的基本元素。透鏡焦距為零時(shí)就是保護(hù)玻璃或分劃鏡。一般光學(xué)系統(tǒng)的前端第一個(gè)零件都用透鏡（或保護(hù)玻璃）。因此在繪制光學(xué)方案草圖時(shí)首先在繪圖框內(nèi)先畫透鏡。
繪制透鏡時(shí)，先在 下拉菜單“命令集”中選取“透鏡”，同時(shí)界面要求輸入透鏡焦距值，然后在右側(cè)繪圖框內(nèi)光軸上相應(yīng)位置點(diǎn)擊劃動(dòng)一下，等出現(xiàn)一條藍(lán)色線條定位后確定透鏡所在位置，程序自動(dòng)繪制出該透鏡圖形并顯示系統(tǒng)光線，同時(shí)在數(shù)據(jù)表格內(nèi)顯示有關(guān)參數(shù)。繪圖過程見圖3所示。繪圖結(jié)果如圖4。依此類推可以反復(fù)繪制許多所需要的透鏡元素構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)。
圖3.透鏡的繪制過程
圖4.透鏡的繪制
Ⅱ 反射鏡的繪制
反射鏡同樣也是構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)的組成元素之一。由于反射鏡通過對(duì)光線反射成像，同時(shí)，由于反射鏡與光軸夾角的改變可以用于折轉(zhuǎn)光軸。
在繪制反射鏡時(shí)，與上相同，在命令集內(nèi)選擇了“反射鏡”，繪制反射鏡時(shí)首先需要輸入反射鏡的焦距值，接著還有輸入反射鏡與光軸的夾角，然后在繪圖框內(nèi)適當(dāng)位置點(diǎn)擊，即可自動(dòng)繪制出所需圖形，如圖5右側(cè)圖形。由于反射鏡的焦距是由反射鏡不同表面半徑?jīng)Q定的，為簡化方便在方案草圖中均用平面表示。
圖5.反射鏡的繪制
Ⅲ 折射棱鏡的繪制
折射棱鏡在光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)不僅可以起到折轉(zhuǎn)光軸的作用，還可用來對(duì)物象起到倒像或鏡像轉(zhuǎn)換作用。在繪制折射棱鏡前首先要在命令集內(nèi)選取“反射棱鏡”，由于折射棱鏡有較長的光軸展開長度，相當(dāng)于一塊有相當(dāng)厚度的平板玻璃，具有不同等效空氣層，因此在繪制反射棱鏡時(shí)還須給出棱鏡材料的玻璃牌號(hào)名稱，然后從在界面上顯示反射棱鏡名稱的下拉式菜單上選擇需要的反射棱鏡名稱，由于反射棱鏡是非對(duì)稱元件，在選擇棱鏡名稱后還有按提示要求輸入棱鏡主截面與圖面的沿光軸夾角，有些棱鏡還需要繼續(xù)輸入比如棱鏡光軸長度延長尺寸或棱鏡潛望高度等參數(shù)，可按界面提示輸入。所需數(shù)據(jù)填寫完畢后，在繪圖框內(nèi)棱鏡應(yīng)該位置是點(diǎn)擊劃動(dòng)一下，等出現(xiàn)一條藍(lán)色線條定位，即可自動(dòng)繪制出該反射棱鏡圖形如圖6。
圖6.反射棱鏡的名稱選擇
圖7.輸入反射棱鏡玻璃材料牌號(hào)
圖8.選擇反射棱鏡的棱鏡名稱代號(hào)
圖9.系統(tǒng)內(nèi)繪制反射棱鏡元素
Ⅳ 光楔的繪制
光楔也就是光學(xué)系統(tǒng)中常用的折射棱鏡，可以用以進(jìn)行光線折轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)掃描或變形處理。在光楔元件中又又單光楔和膠合光楔兩種，單光楔結(jié)構(gòu)簡單，膠合光楔可以做消色差處理，各有用途。
圖10.系統(tǒng)內(nèi)繪制光楔元素
Ⅴ 孔徑光欄的繪制
孔徑光欄雖然不是光學(xué)零件，但可在光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)對(duì)主光線位置起著決定作用，而且會(huì)影響整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)外形尺寸的作用。
在繪制孔徑光欄時(shí)，按以上方法在命令集內(nèi)選擇“光欄”，然后在繪圖框的光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)光欄位置上點(diǎn)擊劃動(dòng)一下，等出現(xiàn)一條藍(lán)色線條定位，即可自動(dòng)繪出孔徑光欄圖形，并自動(dòng)求解出主光線的位置，如圖11。
圖11.繪制系統(tǒng)內(nèi)孔徑光欄
按照以上方法繪制系統(tǒng)內(nèi)各不同光學(xué)元素后，如果需要繼續(xù)排布其他元素，可以按同樣方法依次繪制。每次都可隨意選擇不同光學(xué)元素。如圖12。
圖12.繪制出的各種不同光學(xué)系統(tǒng)方案草圖
Ⅵ 望遠(yuǎn)系統(tǒng)的參數(shù)建立
作為目視的望遠(yuǎn)系統(tǒng)，目標(biāo)在無限遠(yuǎn)處，經(jīng)系統(tǒng)成像后由目鏡出射的像方也應(yīng)該在無限遠(yuǎn)處便于人眼接收。為了獲得出射平行光線，要求系統(tǒng)物鏡像面與目鏡前焦面重合。如果系統(tǒng)有分劃鏡，還要求物鏡焦面、分劃面以及目鏡像面三者彼此都要重合。為了滿足這一要求，在繪制方案草圖時(shí)，應(yīng)該使系統(tǒng)物鏡與目鏡間空氣間隔等于物鏡后截距與目鏡前截距之和。在操作時(shí)可以點(diǎn)擊該間隔數(shù)據(jù)后一列的間隔特性處，界面會(huì)出現(xiàn)一個(gè)下拉菜單，給出多項(xiàng)選擇，其中包括：物鏡后截距、目鏡前截距以及物鏡目鏡間隔等三項(xiàng)。如果系統(tǒng)沒有分劃板，可以直接選擇”物鏡目鏡間隔（L12）”，程序會(huì)自動(dòng)計(jì)算出物鏡后截距和目鏡前截距總和并輸入給物鏡和目鏡間的空氣間隔值構(gòu)成望遠(yuǎn)系統(tǒng)完整數(shù)據(jù)。
圖13.望遠(yuǎn)系統(tǒng)的參數(shù)建立
如果系統(tǒng)內(nèi)有分劃板，還要求物鏡像面與分劃面重合。此時(shí)必須分別要求物鏡與分劃面之間間隔等于物鏡后截距，分劃面與目鏡間隔等于目鏡前截距。此時(shí)就要在下拉菜單內(nèi)分別選擇“物鏡后截距（L1）”和 “物鏡目鏡間隔（L12）”，程序自動(dòng)計(jì)算出對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)輸入，構(gòu)成完整望遠(yuǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)參數(shù)。
圖14.帶有分劃板的望遠(yuǎn)系統(tǒng)的參數(shù)建立
Ⅶ 顯微物鏡放大倍率的物距給定
顯微鏡的放大倍率決定著顯微鏡的顯微放大能力。當(dāng)顯微鏡的焦距值一定時(shí)，決定其放大倍率的取決于系統(tǒng)物面距離。為此在一個(gè)顯微系統(tǒng)初始方案建模完成后，確定系統(tǒng)物距是很重要。本程序就具有自動(dòng)求解并輸入顯微物鏡物距的功能。在操作時(shí)只要在界面的數(shù)據(jù)表格內(nèi)物距數(shù)據(jù)特性欄內(nèi)點(diǎn)擊， 然后出現(xiàn)下拉式菜單，從中選擇“計(jì)算物面距離（Lo）”， 再根據(jù)提示輸入系統(tǒng)角放大率值，程序會(huì)自動(dòng)求解并輸入顯微物鏡的物距值。
圖15.根據(jù)放大倍率求解顯微物鏡物距參數(shù)
② 方案草圖的調(diào)整與修改
既然是方案草圖只是光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案的初步設(shè)想，必然需要結(jié)構(gòu)反復(fù)調(diào)整修改才能逐漸成熟。
Ⅰ 元件參數(shù)的修改
光學(xué)元件的參數(shù)包括各光學(xué)元素的焦距值、反射鏡的表面傾斜角以及各光學(xué)元素之間的空氣間隔等，對(duì)于折射棱鏡，還可以重新選擇棱鏡名稱及其相應(yīng)參數(shù)�？傊�，凡是在繪圖過程中輸入的數(shù)據(jù)均可方便地修改。修改方式有兩種，一是直接在數(shù)據(jù)表格內(nèi)修改重新輸入所需數(shù)據(jù)，第二種方法是在點(diǎn)擊了需要修改是數(shù)據(jù)時(shí)在上方會(huì)出現(xiàn)一個(gè)可調(diào)整數(shù)據(jù)的拉桿工具條，只要拉動(dòng)工具條，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)就會(huì)連續(xù)變化，直到滿足要求為止。比如需要調(diào)整系統(tǒng)在第一塊透鏡的焦距，首先利用鼠標(biāo)點(diǎn)擊表格框在指定光學(xué)元素所在序號(hào)中元件焦距數(shù)據(jù)，立即可以看到上方出現(xiàn)的拉桿條，此時(shí)拉到拉桿條指針，就可發(fā)現(xiàn)圖相框內(nèi)圖形在動(dòng)態(tài)變化，指定松開鼠標(biāo)修改結(jié)束。其他參數(shù)修改于此類似。
圖16.元件參數(shù)的修改
Ⅱ 元件布局位置的調(diào)整
方案草圖的調(diào)整與修改不僅只是修改某光學(xué)元件的本身特性參數(shù)，各元件之間的相對(duì)位置也同樣是光學(xué)系統(tǒng)的重要參數(shù)。
為了調(diào)整光學(xué)元素的空間位置在修改指定參數(shù)時(shí)還必須保持其他元素的位置不變，比如要在系統(tǒng)在改變其中孔徑光欄位置，或者叫把孔徑光闌在前后兩個(gè)透鏡間移動(dòng)，此時(shí)可以利用工具條在“位移”功能。首先點(diǎn)擊數(shù)據(jù)框內(nèi)對(duì)應(yīng)“光欄”元件，然后選擇工具條在“位移”按鈕，可以發(fā)現(xiàn)有許多子功能，選擇其中“單件拖移”，此時(shí)在繪圖框內(nèi)需要元件會(huì)變成紅色提示，再利用鼠標(biāo)點(diǎn)擊該元素，沿光軸方向移動(dòng)，直接該元件隨之移動(dòng)，其他元件保持不動(dòng)，指定帶起鼠標(biāo)，調(diào)整完畢。
圖17.元件的單件拖移
如果要求一次同時(shí)調(diào)整連續(xù)幾個(gè)光學(xué)元素位置，可以利用子工具條內(nèi)“局部拖移”功能，和以上類似，先選擇需要移動(dòng)的前一個(gè)元件序號(hào)后在選擇“局部拖移”功能后界面提示需要輸入局部元件的最后一個(gè)元件的隨著面序號(hào)，其余相同，調(diào)整后的效果如圖18。
圖18.部分元件的集體拖移
以上光學(xué)元素的位移不僅可以使用鼠標(biāo)拖移方法，也可以給定移動(dòng)數(shù)據(jù)，采用單件數(shù)移或局部數(shù)移方法實(shí)現(xiàn)。
Ⅲ 元件的添加與刪除
在方案草圖設(shè)計(jì)過程難免需要隨時(shí)添加或刪除不同光學(xué)元素。需要?jiǎng)h除時(shí)很簡單，只要首先指定數(shù)據(jù)框內(nèi)數(shù)據(jù)表格內(nèi)需要?jiǎng)h除對(duì)象，利用工具條中“刪除”按鈕，即可立即完成。如果需要添加新光學(xué)元素，需要首先指定添加光學(xué)元素的上一行相應(yīng)序號(hào)，等出現(xiàn)“命令集”后即可順利添加所需元素。
Ⅳ 圖形繪制的比例及位置調(diào)整
在系統(tǒng)方案修改與調(diào)整過程中，會(huì)產(chǎn)生整個(gè)圖形在圖紙內(nèi)的尺寸變化，甚至超出圖紙范圍或圖形位置不平衡，此時(shí)可利用工具條內(nèi)“位移”按鈕或“縮放”按鈕及時(shí)調(diào)整。需要調(diào)整圖紙繪圖比例時(shí)，可選擇“縮放”按鈕，圖面上出現(xiàn)斜向箭頭圖標(biāo)，順箭頭方向左右移動(dòng)即可調(diào)整圖形比例。如需整體移動(dòng)圖形，可選擇“位移”按鈕，圖面出現(xiàn)十字形圖標(biāo)，鼠標(biāo)可以任意拉到圖形移動(dòng)的任意位置，直到滿意為止，如圖19。在進(jìn)行圖形位移時(shí)還可以選擇“縮放”按鈕的子按鈕中“全局?jǐn)?shù)移”按指定數(shù)據(jù)移動(dòng)。
圖19.圖形的縮放與位移功能
如果只需要調(diào)整繪圖比例，可利用窗體數(shù)據(jù)界面內(nèi)“繪圖比例”功能，此功能比較簡單，一方面可以直接修改繪圖比例數(shù)據(jù)，同時(shí)還可以使用拉桿條拖動(dòng)，連續(xù)修改繪圖比例，動(dòng)態(tài)顯示修改效果指定合適為止，如圖20所示。
圖20.使用“繪圖比例”調(diào)整圖形繪制比例
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