光學(xué)系統是由各種不同光學(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構零件支撐起來(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。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(huì )使光學(xué)系統結構參數發(fā)生變化，這就是光學(xué)系統的熱效應。光學(xué)系統受環(huán)境熱效應的影響必然會(huì )影響系統的成像質(zhì)量。為了保持光學(xué)系統成像質(zhì)量的穩定，利用構成光學(xué)系統的各光學(xué)材料和金屬材料的不同熱效應影響平衡光學(xué)系統結構參數的關(guān)系維持系統成像質(zhì)量的最佳效果，這就需要對光學(xué)系統的熱環(huán)境進(jìn)行分析以求獲得一個(gè)滿(mǎn)意的結果，這就是光學(xué)系統熱分析，分析光學(xué)系統熱環(huán)境影響求得系統成像質(zhì)量穩定，這就是光學(xué)系統熱環(huán)境分析的目的。
求得光學(xué)系統熱平衡，一般有以下途徑，一是適當選擇光學(xué)系統光學(xué)材料的熱效應影響，也就是利用光學(xué)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，相互匹配求得系統成像質(zhì)量的穩定；二是綜合考慮光學(xué)材料和金屬材料的熱環(huán)境影響平衡系統成像質(zhì)量的穩定；三是精心設計光學(xué)系統的機械結構，采取復合套筒結構控制光學(xué)系統表面間隔變化求得系統成像質(zhì)量穩定。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(jiǎn)單的隔圈結構，可以任意獲得光學(xué)間隔的熱變化量。
圖1.系統熱平衡綜合計算
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(xué)系統熱環(huán)境分析”后會(huì )彈出如圖1光學(xué)系統熱環(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了對應大氣壓力，由于不同光學(xué)產(chǎn)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.系統熱熱環(huán)境分析
有了環(huán)境設置，就是光學(xué)系統光機結構參數，在界面的表格內不僅列出了系統光學(xué)參數，還有保證光學(xué)零件間隔的隔圈材料牌號及長(cháng)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(cháng)度尺寸。副隔圈的長(cháng)度尺寸可以是正值也可以是負值。為方便給定系統隔圈金屬材料牌號，本程序有一個(gè)常用金屬材料庫供選擇，而且本常用金屬材料庫還是個(gè)開(kāi)放式數據庫可由用戶(hù)自由增刪。
圖3.光學(xué)系統熱環(huán)境分析數據表
建立好以上數據即可進(jìn)行各種光學(xué)計算及分析，及時(shí)了解系統熱環(huán)境變化后系統成像質(zhì)量的變化以便及時(shí)采取措施，更換材料以求系統熱平衡。
為了同時(shí)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(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)熱平衡數據就可類(lèi)似計算變焦系統一樣以動(dòng)畫(huà)形式同時(shí)計算系統在不同熱環(huán)境下的像差曲線(xiàn)如圖4及數據值供分析參考。
圖4.系統不同環(huán)境條件下像差曲線(xiàn)圖
圖5.系統熱平衡多重環(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“系統熱分析”可選項后，在每次做任何光學(xué)計算時(shí)都會(huì )同時(shí)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(xiàn)或圖像時(shí)會(huì )像變焦系統一樣以動(dòng)畫(huà)的形式動(dòng)態(tài)顯示，便于全面了解各種不同環(huán)境下系統成像質(zhì)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(huì )使整個(gè)計算量過(guò)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(jìn)行計算和分析。此時(shí)只要放棄選擇“系統熱分析”，此時(shí)在該選擇條后會(huì )出現一個(gè)選擇文本框，如圖5。此時(shí)程序只計算指定環(huán)境條件下的各種數據。
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