光學系統的初始結構計算通常采用代數法和縮放法，代數法是根據像差理論來求解滿足成像質量要求的初始結構的方法，縮放法根據相近似的結構作為初始結構[8]。然而，縮放法得到優質的光學設計的前提是選擇的縮放對象系統合適，因此縮放法具有一定的局限性。非球面補償器是與被檢面一一對應，因此很難找到合適的縮放對象，因此補償器初始結構一般使用代數法進行求解。但是，代數法求解初始結構過程繁瑣，準確性差。而且代數法求解是基于近軸光學條件，即使進行實際光學系統結構求解，仍然是基于近軸光學公式。采用代數法求解初始結構，首先利用賽德和數或者波像差理論表示像差，其次，采用近軸光學計算公式計算外形尺寸和實際光學系統結構，這些計算方案的前提是近軸光學條件。

隨著光電設備使用環境的不斷復雜化，激光、紅外、可見光等多譜段共口徑設計成為了迫切需要，以滿足不同情況下的探測要求。只有反射式結構能同時滿足紅外、激光、可見光多譜段通過。而離軸反射式光學系統比起其他的系統具有體積小，結構緊湊，無中心遮攔，視場可以做大，焦距可以做長，口徑可以做大等優點，常被多譜段共口徑光電系統作為共口徑端，以滿足其對多譜段、大視場、高分辨率、小型化等要求。離軸反射式系統中主鏡和三鏡常采用凹非球面，次鏡常采用凸非球面。凸非球面鏡的檢驗比凹非球面鏡困難，特別是無法透射的凸非球面，需要有一束至少接近被檢面口徑的會聚光束，檢測時所需的輔助光學元件甚至要遠大于所需要檢測的非球面的尺寸。采用補償器進行補償法檢測時，設計出的補償器對非球面的像差進行補償，使非球面反射回來的光線經過該裝置后又能原路返回，補償后的無像差像點可用常規的檢測方法，如陰影法、干涉法、星點法等進行檢測。

由于補償器屬于高精度要求光學系統，公差分析十分必要。由于系統工作波長為單色波長，并不存在二次光譜，所以透鏡的色散系數不用考慮。但是，由于補償器透鏡材料的均勻性對補償效果有明顯的影響，選擇透鏡材料時需要考慮折射率特性，因此透鏡材料選擇均勻性能良好的H-BAK7玻璃(成都光明光電股份有限公司)。公差分析過程中，不需要引入阿貝常數公差，只需要考慮折射率公差。根據調研，得出了工藝的公差容限。基于以上所述，對設計結果按照給出的公差條件進行敏感度分析，將裝配時補償器最后一面到被檢測面之間的空氣間隔作為系統公差的補償，部分結構參數變化引起的波像差RMS值變化不明顯。非球面補償器系統的結構數據與透鏡曲率半徑和透鏡厚度的加工誤差可以求出，當結構參數發生變化時，系統波像差RMS 變化的最大量為800.6。該系統的曲率半徑和其厚度在加工公差范圍內變化時，系統性能變化不大。 2100433B

常用的人工補償器有方形補償器、套筒形補償器和波形補償器等。

人工補償器方形補償器

方形補償器是由幾個彎管組成的彎管組，俗稱方形脹力，它依靠彎管的變形來補償管道的熱伸縮。它的特點是結構和安裝簡單，工作的可靠性強，不需要維修，可以在現場制作。但占地面積大，材料消耗多而且介質的流動阻力也大，室外管道采用地溝敷設時，需將地溝局部加寬，管道架空敷設時，需設置專門的管架。

人工補償器套筒式補償器

套筒式補償器也稱填料函式補償器，它是以插管和套筒的相對運動來補償管道的熱伸縮，插管和套管之間以壓緊的填料函實現密封。套管式補償器分單向式、雙向式兩種；按照制造材料的不同，又分為鑄鐵和鑄鋼兩種。套筒式補償器的優點是結構尺寸小，占據空間小，安裝簡便，補償能力大(一般可達250～400mm)，熱媒流動阻力小等。但只能用于不發生橫向位移的直線管段上，且易泄漏，需經常維修。如管段發生橫向位移，填料圈卡住，會造成芯管不能自由伸縮。

人工補償器波形補償器

波形補償器是一種以金屬薄板壓制并拼焊起來的伸縮裝置，其內套筒與波壁的厚度為3～4mm，若厚度增加，則其補償能力降低。波形補償器的波數一般為1～4個，因為波數過多，波節邊緣比中間部分的變形大，且中間部分將沿軸線向外彎曲，會破壞每個波帶的對稱變形，產生徑向彎曲，甚至會使其損壞。波形補償器的特點是結構緊湊，不需經常檢修。但是它的補償能力小，工作壓力低，制作較為復雜。因此，這種補償器只運用于大直徑、低壓力的煤氣、空氣等介質的管道上。

當熱力管道的熱膨脹量過大，不能采用自然補償時，就必須設置專門的補償裝置來吸收管道的熱膨脹量，這種方法稱為人工補償法，所采用的補償裝置叫做人工補償器。管道中常用的人工補償器有方形補償器、波形補償器及填料式補償器。

如圖2：方形補償器型圖所示，(Ⅰ型B=2a；Ⅱ型B=a；Ⅲ型B=0.5a；IV型B=0；L-開口距離)為常用的方型補償器的四種形式。它主要靠其彎管的變形來補償管段的熱伸長。方型補償器通常用無縫鋼管煨彎或機制彎頭組合而成。此外，也有將鋼管彎曲成“S”形或“π”的補償器。這種用與供熱直管同徑的鋼管構成呈彎曲形狀的補償器，也總稱為彎管補償器。

彎管補償器的優點是制造方便；不用專門維修，因而不需要為它設置檢查室；工作可靠；作用在固定支架上的軸向推力較小。其缺點是介質流動阻力大，占地多。方型補償器在供熱管道上應用很普遍。安裝彎管補償器時，經常采用冷拉(冷緊)的方法，來增加其補償能力或減少對固定支座推力的目的。