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phoenixzqy 2014-04-30 22:17

掌握光学设计原理，获得光学设计乐趣

可能很多人都觉得光学设计是很枯燥的工作。 kT|dUw9G  
或许因为一直在和软件作斗争,不断的设置像差控制参数、优化。 \|n- O=}=2  
能不能获得好的结果大部分时间也是靠运气。 AL[KpY  
看到某像差不合适的时候，就去用像差控制操作数，设置操作数，添加巨大的权重，优化结果却很差，此像差或许确实有提高，整个光学系统却基本崩溃掉了。 4%{,] q\p  
Oylf<&knF\  
这样做，确实很枯燥。 _aq 8@E~  
\0A3]l  
我们崩溃，软件也很崩溃. u/UrAqw  
巧妇难为无米之炊： Juo^,  
在设置操作数、优化系统之前，有没有去想过，正在优化的这个光学系统，是否有足够的能力满足我们提出的所有要求呢？是否设置了相互矛盾的要求（比如用两个分离的薄透镜同时校正轴向色差、垂轴色差）？设置变量的时候，哪些应该固定，哪些应当放开，交给软件优化呢？包括玻璃折射率、阿贝数应该固定，还是设置为变量？等等。 ?)/#+[xa  
得不到要的效果，原因很多，但大多是因为对光学设计原理的不了解造成的。 B=U 3  
Z3%}ajPu[  
光学设计，以及软件使用，其实是很有讲究的，是需要设计理论作支撑的。 M+-*QyCFK  
Zj_b>O-V  
就拿玻璃的选择来说吧，大家都知道： s'3 s^Dd  
合适的玻璃对，比如K系列和F系列，可以用来消除色差；并且也知道：旧的玻璃对组合，可以使透镜在消除像差的时候，同时获得小的球差和小的彗差，但同时会增大Petzval和，比同焦距单透镜的还要大；也可以根据实际要求，选择不同的折射率、阿贝数组合，使球差较小时，有大的彗差，彗差为正或者为负，均可实现；新的玻璃对组合：高折低色散为正片，低折高色散的玻璃为负片的胶合片，可降低Petzval和，但是球差会是欠校正的，孔径增大时，或许还会带来更高级的像差。 S};#+ufgTt  
以上这些，以及选择合适玻璃组消除二级光谱，这些大家应该都非常了解了。 q~rEq%tk  
f@6QvkIa  
以上并不是玻璃选择对光学系统影响的全部作用。 Plc-4y1  
)tG\vk=@  
玻璃的选择在一些光学系统中，有其他方面的作用：玻璃的选择，会影响到透镜长度（在这里，指：第一片玻璃到最后一片距离）、视场角，相对孔径等等，或者说，为了达到某一设计要求，要尽量选择这样的玻璃组合。 1}"++Z73P  
以三片镜为例，这个比较典型：玻璃的折射率，对三片镜光学系统整体性能影响很大，大家可以对三片镜的个专利比较一下，相似结构，采用K9和ZK或者LAK系列的玻璃，获得的光学性能差距很大。在设计三片镜时，正透镜最好选择玻璃图左上方的玻璃。负透镜可以设置为变量优化，或者直接按照其他光学要求、经验选取，尽量不要把正片的材料当做变量来优化（负片优化，一般能获得普通F或者ZF玻璃）。选择高折射率的玻璃作为正透镜，有利于提升三片镜的整体光学性能。 sm9k/(-  
} F E>|1  
另：设计一个视场角较大的三片镜，三片镜间距将缩小，尤其是第一片与第二片间距，此时，两片透镜的V差将会减小。 ;$HftG>B  
/9 3M*b  
所以在设计这类光学系统的时候，比如我们手头有一个视场角较小的三片镜结构，没有找到合适视场的系统（实际中专利很多，应该是能找得到的，在这里只是以此为例，能说明问题就好）。那么，在逐步增大三片镜视场的优化过程里，间距以及玻璃，都应当适时的设置为变量，而不是固定不变。也可以根据经验，手动修改负片的V值，或者正片V值以及透镜之间的间距（一般是减小正片V值，减小间距）。再让软件逐步优化，可以相信，了解三片镜的光学特性之后，用软件优化会更有效率，软件和设计者，崩溃的次数会降低，获得成就感的机会也会提高不少。 },uF 4M.K  
"WlZ)wyF%  
为提升三片镜或者天塞的光学性能，比如，提高球差的校正情况。有些设计会把第一片正片分裂为两片，增加变量。如果直接让程序优化，有时候优化结果是让人十分崩溃的，分裂之后，优化很多圈，和原来的设计效果差不多。为什么呢？因为程序此时的评价函数已经到一个局部最小值了（分裂前后，都是局部最小），虽然增加了变量的数量，但是软件并不能从这个低谷走出，翻越山峰，去寻找全局最低点。这个时候，就需要设计师干预程序了：将分裂出来的两片透镜，第一片近似平凸，第二片近似弯月的形状，看一下像差变化，稍微手动调整一下形状，使前两片组合接近球差最小状态（他们两个的组合接近球差最小状态，而不是整个光学系统，这个时候整个光学系统还没优化呢，说不定这俩透镜欠校正球差小了之后，整个光学系统的球差已经变成很大的过校正了。），然后把透镜曲率设置为变量，重新优化，这时，应该就会发现，整个系统的带球差将会变小。 {GvJZ!,RCg  
/pm]BC  
另外还有一些大孔径的系统，喜欢使用空气间隔，有时会用一个控制面，让其产生高级像差，去抵消掉过校正或者校正不足。大部分高级像差产生面，都是可以通过光线走向及在这个面上的入射角，看出来的，对这些面型的认识、了解应该说，不是很难。松纳物镜里的控制面很明显，大家可以看一下这方面专利。 o5d%w-'  
_ "E$v&_  
前面提到的反常胶合，也就是新的胶合透镜，在普罗塔物镜、天塞物镜，以及很多高斯物镜里都有使用。这个大家可以看一下专利，比较分析一下其作用。很明显的一点是对降低Petzval和有好处。 '|ad_M  
>d@&2FTO  
透镜弯曲、光焦度分配校正像差的理论和方法，在实际设计中也会经常用到。以畸变为例，假如一高斯物镜，畸变4%，想做到2%，这个时候，用光焦度分配或者说转移，效果就会比较明显了。将高斯物镜的光阑前面单片正透镜和后面单正透镜，光焦度做少量转移，转移之前分析一下移动放下，别搞反了。桶形畸变，边缘的像比中心的缩小了，那就要把光阑后的光焦度稍微转移到前面。然后再让程序优化，以平衡手动修改带来的其他像差改变。也可让软件自动优化，不手动调整，但尽量不要固定各镜片光焦度。 yZAS#ko}}  
PYQ;``~x  
以上仅提及了部分光学设计原理。还有很多未提及。 +2(I1  
但所有的光学设计的原理加起来也并不多，大家掌握起来也不难。这些原理的应用，在专利里都可以找得到，可以通过分析专利，逐步掌握。 XWDL5K  
oL-]3TY~  
常交流！  vx\r!]  
`Nv=B1  
祝大家：逐步掌握光学设计原理，获得光学设计的乐趣。 PYiU_  
y>:N{|  
RPwbTAl}  
{]*c29b>  
 'QJ:`)z  
以下是一些网友对光学原理及光学软件应用的看法： Y1L[;)Hn  
!1rlN8w(qr  
其实光学知识还是要深入研究的 软件只是一个工具 正像老前辈们说的，再好的光学软件也不会帮你设计出好的镜头来 还是要看光学设计师理论的扎实度以及更“智慧”的运用软件。 s:?SF.  
个人愚见.... f W!a|?e$  
XND|h#i8  
你说的很好。 Ha(c'\T (\  
亚利桑那大学的光学设计书籍，第一页就说：软件没有办法设计出一个合理的透镜。软件只是一些固定、机械的算法的集成，一个符合要求的设计的灵感，来自设计师。 ,NOsFO-`<  
ks&*O!h  
确实是，一个教授说过，现在很多人不应该叫做光学设计师，应该叫光学计算师，都是单纯的使用软件计算，没能更多的加入设计师的思想。 @#<D ^"  
?fiIwF)  
光学设计的基本原理、技巧，是非常重要的。 V08?-Iz$  
掌握了这些之后，才会慢慢发现光学设计的乐趣，运用技巧，让光学系统达到所需要求。 e%@'5k\SK  
只去用软件，太枯燥了，也搞不出好的设计。 x`U^OLV  
2SD`OABf#  
特别是有时候，光学系统细微的调整一下像差，手动的指向性更明确、更快速。 au N6prGe  
8G9s<N}5&u  
VdPtPq1  
kd>hhiz|  
phoenixzqy 2014-04-30 22:19
祝大家：逐步掌握光学设计原理，获得光学设计的乐趣。
phoenixzqy 2014-04-30 22:25
欢迎指正，欢迎交流。
cyqdesign 2014-04-30 22:46
不错的帖子，前排支持！
phoenixzqy 2014-04-30 23:28
cyqdesign:不错的帖子，前排支持！ (2014-04-30 22:46)  3) 8QS  
io _1Y]N  
多谢站长！
phoenixzqy 2014-05-01 12:25
欢迎交流。 'U1R\86M  
&wi e]  
五一劳动节，劳动最光荣。
andy03 2014-05-01 16:20
听说  学习OSLO光学设计软件， 就是在学好光学设计~~ S)lkz'tdk  
_XG/Pp)  
不知LZ对此看法如何!!
gangjiyiqu 2014-05-01 18:09
通过设计原理去指导光学设计，从本质上解决设计，应该是一个很有趣的过程。学习了，很好的帖子，希望站内多出些此类关于光设原理指导的好帖子。
phoenixzqy 2014-05-01 19:30
andy03:听说  学习OSLO光学设计软件， 就是在学好光学设计~~ plUZ"Tr  
不知LZ对此看法如何!! (2014-05-01 16:20)  eb.O#Y  
aEM%R<e  
我觉得你说反了。 y<HO:kZ8`  
学好光学设计理论，才能用好软件。 ZNf6;%oGG  
KB%"bqB|  
oslo也不例外，虽然它给用户提供了很多编辑修改模块的途径，但都是在光学理论掌握之后的事情。没有光学理论的支撑，oslo的优势也体现不出来。
phoenixzqy 2014-05-01 19:31
gangjiyiqu:通过设计原理去指导光学设计，从本质上解决设计，应该是一个很有趣的过程。学习了，很好的帖子，希望站内多出些此类关于光设原理指导的好帖子。 (2014-05-01 18:09)  <%maDM^_\(  
F{EnOr`,m=  
恩，最近公司事情太多，有时间了会多发帖子的。 @\0Eu212  
常交流。
phoenixzqy 2014-05-01 19:33
andy03:听说  学习OSLO光学设计软件， 就是在学好光学设计~~ 5$wpL(:R(  
不知LZ对此看法如何!! (2014-05-01 16:20)  W0epAGrB  
LXEfPLS  
光学设计学好了，用哪个软件都能解决问题。 3 |hHR  
`0P$#5?  
应用至今的经典光学结构，都是在现在的商用光学软件之前出现的。
longyou520 2014-05-02 22:32
说的有 道理，现在都叫光学计算师了，很少有设计的思想加进去
john.yang 2014-05-03 08:55
很不错的贴，学习了
superyu2009 2014-05-03 16:50
嗯 这样交流很好啊 wQwQXNG  
确实跟楼主有同感
phoenixzqy 2014-05-03 17:50
longyou520:说的有 道理，现在都叫光学计算师了，很少有设计的思想加进去 (2014-05-02 22:32)  o>7ts&rk  
B<~ NS)w  
常交流。。。。。
phoenixzqy 2014-05-03 17:50
john.yang:很不错的贴，学习了 (2014-05-03 08:55)  ^b7GH9<&  
^|TG$`M(w  
客气，常交流。
phoenixzqy 2014-05-03 17:50
superyu2009:嗯 这样交流很好啊 P) uDLFp]  
确实跟楼主有同感 (2014-05-03 16:50)  o}<4*qlI  
1]}#)-  
欢迎交流。
phoenixzqy 2014-05-03 22:43
欢迎交流。。。
xiaobing 2014-05-04 10:10
顶一下
智慧之光 2014-05-04 11:02
讲的很好
csdww 2014-05-04 11:23
软件只是一种工具，设计思想还是来自设计师，理论很重要
strategy 2014-05-04 13:07
LZ这里列举的东西，《modern lens design》一书中都有，授人鱼不如授人渔，大家真想融会贯通，大量的时间功夫是少不了的，花几千大洋去培训几天，实在是 。。。
swoptical 2014-05-04 17:50
strategy:LZ这里列举的东西，《modern lens design》一书中都有，授人鱼不如授人渔，大家真想融会贯通，大量的时间功夫是少不了的，花几千大洋去培训几天，实在是[表情] 。。。 (2014-05-04 13:07)  %g]vxm5?  
Q/I)V2a1i  
我觉得培训跟看书是两种不同的体验。 rs=q! P"u[  
培训可以面对面地交流，实践中有疑问可以提出来，或许老师指点你一两句你就茅塞顿开了。而通过看书比较难达到这种效果。
swoptical 2014-05-04 17:51
strategy:LZ这里列举的东西，《modern lens design》一书中都有，授人鱼不如授人渔，大家真想融会贯通，大量的时间功夫是少不了的，花几千大洋去培训几天，实在是[表情] 。。。 (2014-05-04 13:07)  z xZtz  
U!q[e`B  
当然公司出钱比较爽。
star17111 2014-05-05 11:32
对于培训，由于不是针对某个人的，所以不可能全部的东西都是你需要的，所以，更多的交流才能更快的成长
hxg189 2014-05-06 09:27
非常好！！！
quanliwei 2014-05-06 20:16
我认为，光学设计的难点在于初期结构的选型，这个需要理论基础去建造一个相差分配合理的结构，剩下的基本上就是软件应用的问题。
风火山林 2014-05-06 20:17
光学设计初级阶段还是靠软件挣扎中，后期要从原理上下手了
lanseyudi 2014-05-06 21:08
很棒！
max11 2014-05-07 16:38
说了些实话 ，具体实施办法不是那么简单的。
phoenixzqy 2014-05-07 20:18
strategy:LZ这里列举的东西，《modern lens design》一书中都有，授人鱼不如授人渔，大家真想融会贯通，大量的时间功夫是少不了的，花几千大洋去培训几天，实在是[表情] 。。。 (2014-05-04 13:07)  nVTM3Cz  
qc-C>Ra  
看书浪费时间，而且效果不好。且自己理解的不一定正确。 n0FYfqH  
只看书是不够的，尤其是目视系统。
phoenixzqy 2014-05-07 20:20
swoptical:我觉得培训跟看书是两种不同的体验。 UGf6i"F  
培训可以面对面地交流，实践中有疑问可以提出来，或许老师指点你一两句你就茅塞顿开了。而通过看书比较难达到这种效果。 (2014-05-04 17:50)  L`pY27 |  
QB9A-U <J  
是的。 .J:;_4x  
#rq?f  
而且仅仅看书根本不够，有时候理解都是错的。需要更多的是和实际的结合及灵活运用。
wk19901113 2014-05-07 20:22
很在理
phoenixzqy 2014-05-07 20:22
quanliwei:我认为，光学设计的难点在于初期结构的选型，这个需要理论基础去建造一个相差分配合理的结构，剩下的基本上就是软件应用的问题。 (2014-05-06 20:16)  WySNL#>a  
G6<HO7\  
我觉得没必要自己去分配。只要把典型结构了解清楚了，通过复杂化或简化手段，都能把现有的系统修改为需要的。
phoenixzqy 2014-05-07 20:24
风火山林:光学设计初级阶段还是靠软件挣扎中，后期要从原理上下手了 (2014-05-06 20:17)  4 iik5  
|G>q:]+AV  
写反了吧？开始做设计，就要从原理入手的。 JN-D/s  
校正得差不多了，后期略微的调衡，靠软件就行。
phoenixzqy 2014-05-07 20:28
wk19901113:很在理 (2014-05-07 20:22)  R~U2/6V  
;JMOsn}8  
常交流。。。
phoenixzqy 2014-05-07 20:30
xiaobing:顶一下 (2014-05-04 10:10)  %fex uy4  
gPA>*;?E;@  
多谢。。。。
phoenixzqy 2014-05-07 20:31
智慧之光:讲的很好 (2014-05-04 11:02)  b}}1TnS)  
JYVxdvq1  
常交流。。。共同进步。。。
phoenixzqy 2014-05-07 22:41
swoptical:[表情]当然公司出钱比较爽。 (2014-05-04 17:51)  Kn!0S<ssR  
u8k{N  
一般都是公司报销的。
cyan 2014-05-08 15:46
哥们，写本书卖吧，我可以帮你画图
phoenixzqy 2014-05-08 18:45
cyan:哥们，写本书卖吧，我可以帮你画图 (2014-05-08 15:46)  %}ApO{  
9X {nJ"  
哈哈，今年准备先写一个照明光学设计的。 tId !C  
3Gd&=IJ  
再翻译几本成像方面的英文书籍，附上我对这些书籍的一些理解。 %`\_l  
这些都做完了，再考虑写不写成像的。
phoenixzqy 2014-05-09 19:04
欢迎交流哦
八极阿川 2014-05-09 22:24
很受益，谢谢分享。
tassy 2014-05-10 01:26
光学设计原理，合我的口味
phoenixzqy 2014-05-11 21:26
tassy:光学设计原理，合我的口味 (2014-05-10 01:26)  yqb <<4I  
$~@096`QL<  
那多交流啊。
phoenixzqy 2014-05-11 21:26
八极阿川:很受益，谢谢分享。 (2014-05-09 22:24)  j"u)/A8*  
v ]U;5Uo  
客气。常交流。
龙的传人牛 2014-05-11 22:37
正准备学
phoenixzqy 2014-05-12 09:43
龙的传人牛:正准备学 (2014-05-11 22:37)  {~I_rlo n  
7zZ|=W?&{  
恩，肯定能学会的。做光学设计，其实没有多少个要掌握的技巧和知识。
2007121132 2014-05-12 12:52
谢谢楼主分享
phoenixzqy 2014-05-12 15:23
2007121132:谢谢楼主分享 (2014-05-12 12:52)  4HE4e  
c%.& F  
客气，常交流。
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