光機系統設計
光學鏡頭是最具代表性的光學儀器，被廣泛應用在機器視覺、測量檢測、安防監控、目標遙感、天文觀測等多個領域，本文將簡要介紹光學鏡頭光機設計的一般過程，以及需要重點關注的注意事項。
光學鏡頭的研制一般包括以下幾個階段：
一、需求分析
任何一臺光學儀器都是為了滿足一定的功能需求而存在的，光學鏡頭也不例外。需求分析是光學鏡頭研制的第一步，需要確定儀器需要實現的功能、所處的工作環境、生產的批量、成本等用戶需求。需求分析看似簡單但非常重要，但直接影響鏡頭的性能指標確定、總體方案設計以及功能滿足程度。
二、指標約束
指標約束包括技術性能指標和設計約束兩方面，是需求分析的結果和表現形式。技術性能指標是闡述用戶的技術要求，表明鏡頭必須做成什么樣，確定合格產品的技術參數；設計約束指用戶提出的各項限制條件，如尺寸、重量、布局、使用環境、接口等。
指標約束是設計的輸入條件，也是產品檢驗合格與否的判據，一般以會簽文件的形式確立。在設計之初確定指標合理、指標全面的指標約束可以避免后期出現反復，降低研制風險和研制周期。
三、方案設計
方案設計也叫概念設計，是根據需求分析和已確定的指標約束，從多個滿足功能需求的方案中遴選出最佳的方案。方案設計過程中，除了需要充分的調研外，設計師的工程經驗扮演者重要的角色，一個合格的設計師可以從以往經驗中獲知各個方案優劣，最后制定出功能齊備、性能優良、工藝性好、成本合理的技術方案。方案設計一般會得到一個與系統主要部分有關的功能框圖。
對于光學鏡頭而言，需要根據用戶對諸如視場、焦距、放大倍率、相對孔徑、工作波段范圍、空間分辨率、能量分布等指標要求，確定選用的光學系統類型：透射式、反射式還是折返式？對于透射式系統，需要重點考慮結構布局；對于反射式系統，需要權衡同軸卡式、立軸反射式等系統在性能、工藝性以及成本之間的關系。
方案設計是一個多系統協同工作的過程，一般需要光、機、電工程師會同用戶多次溝通，特別對于復雜光學儀器耗時較長。
四、光學系統設計
光學系統作為光學儀器核心子系統，在設計時除了需要根據需求分析時確定技術指標以及方案設計時確定的系統類型完成系統的構成，性能優化和公差分析是光學設計師的主要工作。
一個好的光學系統具有以下特征：結構簡單、工藝性好、環境適應性強、成本低廉。
1）簡單——顯然光學系統的簡易程度直接影響著光機結構的簡易，影響著儀器的成本、資源消耗和可靠性。對于光學鏡頭，多一片透鏡就意味著重量、體積、成本、周期等諸多資源消耗的線性增加。
2）工藝性好——工藝性好壞主要表現在兩方面，一是結構合理，常規設備能完成加工、裝配和測試工作；二是公差合理，在滿足性能指標要求的前提下，給出合理的公差要求，一個好的光學設計師絕對不允許靠無限提高加工、裝配精度來提高儀器的性能。光學儀器的容差性能直接反應了光學設計師的設計水平和經驗積累程度，也能大幅度降低儀器成本。
五、光機結構設計
光機結構設計的根本任務就是給光學元件一種支撐結構，在規定環境條件下保證光學元件的形狀精度和位置精度。形狀精度簡單講就是光學元件的無應力支撐技術，而位置精度就是光機結構的穩定性。
光機結構設計師需要重點考慮結構方案、材料選型、裝配方案、檢測手段等內容，以保證滿足光學設計師提出的公差要求和檢測需求。
六、仿真分析
在完成光機機構設計后，儀器的主要零件的材料、結構形式都已經或基本確定，這是就需要分析該設計在規定環境中的力、熱特性，計算機仿真是分析儀器屏幕樣機性能、暴露初始設計缺陷的有力手段。
仿真的手段是“仿”，關鍵是要“真”，除了嫻熟運用分析軟件，需要分析人員對儀器的功能、性能有足夠的認識，在模型前處理、邊界條件確定、仿真結果處理等方面則需要豐富的工程經驗作為支撐，才能為設計人員提供切實可行的分析結果和合理化的建議。
七、設計審查
設計審查是光學儀器設計工作的總結也是樣機試制前的狀態確認過程，一般由該領域的專家或經驗豐富的工程人員參與，相關人員主要完成以下工作：
1）技術主管——匯報需求分析和方案設計情況，對總體方案的可行性負責；
2）工藝師——匯報儀器涉及到的關鍵工藝及落實情況，對工藝可行性負責；
3）光學設計師——匯報光學系統設計情況，對指標滿足度、公差魯棒性負責；
4）光機結構設計師——匯報光機結構設計情況，對指標滿足度、結構合理性負責；
5）仿真分析師——匯報屏幕樣機的仿真分析情況，對仿真結構的真實性負責。
6）項目經理——總結相關人員的工作成果，給出審查結論，制定下一步計劃。
八、樣機試制
樣機試制是將設計圖紙轉變為的產品樣機的過程。一個好的設計如果只停留在屏幕樣機階段，沒有被加工成產品，就不能證明該項設計的正確性。此外，樣機研制還包括對設計方案的加工工藝性、裝配工藝性、可維護性等指標的驗證。
九、最終產品評估
對產品樣機進行檢測是產品最終評估的主要工作內容，常被看作是檢驗一個新設計合理性的重要方法。如果測試結果真實可靠，不僅會給設計師提供最直接的產品狀態信息，還能為項目主管的決策提供技術支持，也是產品定型的重要判據。
在樣機測試階段出現的任何問題，均可通過重新設計、補救優化設計或者組件級替換解決，但新的方案必須再次通過最終測試才算完成最終產品評估。
十、技術歸檔
研制過程最后一步就是盡可能完成地機理產品信息，包括設計、分析、生產、測試等。設計文件、工程圖樣、生產圖樣、CAD、CAE和CAM文件等產品研制全周期內的相關文件（技術要求、程序、分析報告和測試數據等）均應該整理、歸檔。
由此可見，光機系統設計是一個復雜的系統工程，任何一個環節出了問題，都會影響最終產品的質量，導致產品的技術狀態和質量不受控。所以，對于高檔光機系統設計和樣機試制，選擇合格的委托方至關重要！！！
