Chức năng chủ yếu của hệ thống quang học trong khí tài là tạo tín hiệu của vật thể để phục vụ cho quan sát hoặc biến đổi thành các tín hiệu điều khiển khác. Thiết kế quang học nhằm giải quyết ba nội dung chủ yếu:
– Tạo ảnh có vị trí, độ lớn… phù hợp với yêu cầu chiến kỹ thuật định trước;
– Khử quang sai bảo đảm chất lượng ảnh hay tín hiệu do hệ tạo nên;
– Giải quyết vấn đề quang năng trong tạo ảnh.
Về vị trí và độ lớn của ảnh, chủ yếu dựa vào lý thuyết hệ thống quang học lý tưởng để tính toán thiết kế kích thước, bao gồm: xác định số lượng và chủng loại linh kiện, cụm linh kiện và khoảng cách giữa chúng, thị giới…và các yêu cầu khác nếu có. Việc tính toán thiết kế kích thước thường được thực hiện đồng thời với phương án thiết kế tổng thể của khí tài. Thiết kế phương án và thiết kế kích thước có ý nghĩa quyết định
trong thiết kế toàn bộ khí tài. Chọn được phương án phù hợp không những bảo đảm
được các tính năng chiến kỹ thuật đặt ra mà còn làm cho thiết kế kỹ thuật các chi tiết, linh kiện được thuận lợi.
Việc thiết kế quang sai thường chiếm phần lớn thời gian thiết kế hệ thống quang học, nhằm tìm ra các kết cấu phù hợp đảm bảo khử quang sai hệ thống cho phù hợp với
33
yêu cầu đặt ra. Có nhiều phương pháp để giải quyết bài toán quang sai. Nhưng hiện nay sử dụng hai phương pháp chủ yếu sau:
– Phương pháp giải tích: căn cứ vào công thức quang sai sơ cấp, giải một số
phương trình đại số để tìm ra kết cấu ban đầu của hệ quang. Vì rằng phương pháp này sử dụng lý thuyết quang sai sơ cấp để tính toán nên kết quả tính toán thường chưa đáp ứng được yêu cầu về quang sai, nhất là đối với hệ có thị giới và khẩu độ tương đối lớn. Do đó, sau khi giải phương trình để tìm được kết cấu thường phải hiệu chỉnh kết cấu đó để thoả mãn yêu cầu về quang sai và các yêu cầu khác. Đối với những hệ có khẩu độ và thị giới không lớn thì phương pháp này dễ đạt được kết quả phù hợp với yêu cầu.
– Phương pháp cải biên: Dựa vào kinh nghiệm hoặc tư liệu của một hệ thống
tương tự với hệ thống cần thiết kế để lựa chọn kết cấu ban đầu. Sau đó tính đường
truyền để tìm quang sai của hệ thống đã chọn, nếu kết quả phù hợp với yêu cầu thì
chọn kết cấu đó, nếu không phù hợp với yêu cầu thì cải tạo các tham số như bán kính, chiết suất, khoảng cách giữa các bề mặt... Sau mỗi lần cải tạo cần tính lại quang sai so sánh và xem kết quả có phù hợp với yêu cầu hay không. Nếu kết quả phù hợp thì chọn kết cấu đó, ngược lại thì tiếp tục cải tạo kết cấu của hệ. Sau một số lần cải tạo kết cấu nếu không được thì phải thay đổi vật liệu hoặc chọn kết cấu khác để chỉnh sửa.
Quang năng cũng là một trong những vấn đề cơ bản và quan trọng mà bài toán
thiết kế quang học phải giải quyết. Đó chính là việc tính toán xem, lượng tổn hao
quang năng khi ánh sáng đi qua hệ thống và tìm giải pháp khắc phục để tăng quang năng của hệ thống như chọn các lớp mạ. Song trong phần lớn khí tài quang thường dùng nếu không có yêu cầu đặc biệt thì giải quyết vấn đề quang năng cho hệ quang không mấy khó khăn.
Như vậy, công việc của phần thiết kế quang học bắt đầu từ lựa chọn hệ quang
thiết kế, tính toán kích thước hệ thống, tính toán kết cấu. Cuối cùng lập sơ đồ quang học và bản vẽ chế tạo các linh kiện quang để đưa vào sản xuất.
34