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王立刚

2021-05-13 19:36

光学设计入门者学习方法（资料整理自光行天下已发帖子）

新入门，检索“学习”，得到以下参考内容，进行了简单整理，希望对大家有帮助；

完全依靠软件的优化去设计镜头是很难的，无法对优化好设计有深刻的理解。依靠光学理论，可以对光学设计有一定的指导，从哪里开始，然后通过约束哪些，变化哪些量，设置什么样的评价函数去改进，最后评价结构合理性。

几何光学与像差理论
几何光学：国内，郁道银的《工程光学》；国外，《modern lens design》；
像差理论：王之江《光学设计理论基础》，张以谟《应用光学》；
建议看国外的书籍，对原理的解释很深入，没有复杂的公式推导。把像差理论的推导看了以后也没有深刻的理解，看了国外的著作之后才算抓住要点。理解的像差的意义及算法，知道一般的光学软件是怎么计算像差就足够了。等你牛到一定程度很想搞理论的时候，你在慢慢推公式去。
想要系统的学习理论方面的知识，建议看一看北理李林老师的书，他的书比较易懂，如《计算机辅助光学设计的理论与应用》，这本里面关于像差图、最小二乘应和优化算法那该仔细看看，这部分知识是关乎我们是否能高效正确地应用光学仿真软件的关键所在。

光学设计方法[2]
国内：写的好的书几乎没有。
国外：Introduction to lens design; Fundamentals to lens design.这些不错。这些书籍主要介绍了各种像差的产生及校正方法，以及常用的光学设计方法和光学结构。灵活掌握这些知识，就算入门了。
尽量看光学设计和像差校正的英文教材，如没有英文书或看英文有些难度，一定要看国内经典教材。
《光学系统设计》由8358所翻译的书，这本书很经典，理论跟实际联系的好，有一些像差校正方法、像质评价标准和设计实例，对于入门说已经足够了。
详细建议：[3]
1.要弄明白自己初始设计的光学系统是否能达到要求（要求可能为：焦距，分辨率 F数等），再选择光学初始设计专利或是自己之前设计的FavoriteWork作为初始结构（这样做不是偷懒是快捷较正确的途径）
2.根据采用的光学设计软件的不同采取不同的优化操作，不必要的或是不从根本影响像质的误差函数要慎重添加！要明确结构第一，优化第二去进行光学系统设计，结构不好即便像质很好的系统在加工装调上会存在很大不利因素，结果就是像差很大，功亏一篑。
3.要会看各种像差图，在传函很差时，分析哪种像差过大，现有系统能否优化，再进行相关优化操作符的添加。
4.别想当然认为传函分辨率越高越好，不同的系统不同的接收器要配合使用的，传函够用就好。

ZEMAX学习[4]
软件操作，看看demo就能速成，但其中技巧就需要知识与经验积累了。
从头到尾手把手一步步的演示怎么建立和优化一个镜头，对zemax序列成像有了一个初步认识。
对于zemax软件如果遇到不明白的应该首先考虑《zemax操作手册》，到处问别人并不是最优选择。刚进入光学设计领域时，紧抓一两个著名的软件研究就可以了，因为光学软件的相通性很大。用了很多软件，但都是在初期水平的话，是没什么作用的，完全是在浪费时间和机遇。再就是多与同行沟通、多上网找资料和建议，很多初学者的疑问一般都能在网上找到，这可以省下一些时间和郁闷的心情。
因为工作需要，我感觉zemax的non-sequential对我不够方便，就开始了tracepro，它们是能完全互补的，使我我受益。但最近发现了tracepro的很多不利的地方，于是正在研究ASAP。。。搞光学设计一定要会2D和3D绘图软件和编程软件，每种会一个就可以满足需求了。最好是还了解电路，因为光电设计通常是互相补充和牵制的。

光学镜头案例
国内的资料只有光学技术手册，国外的书里modern lens design;Lens design 介绍了很多镜头案例。通过分析别人的案例，理解别人的设计思路和这种结构的特点，你就能会找合适的初始结构，对某些结构的最优化结果有数。
教材上会有一些三片的初级结构：一方面练习软件的操作，一方面了解镜头设计的大致步骤，这里是把一个大概抽象的认知具体化的过程。例如镜头的光圈F数，越小越好，在软件里怎样去给具体的数值，选择什么样的口径类型是需要练习着去好好体会的。把书上的三片镜头、高斯镜头、望远镜、显微镜练习一遍基本上软件也熟悉了对镜头分类和设定优化都有了一点了解。
然后就是深化。例如你想练习目镜的设计原来是口径5的你改成看能不能设计中间是用什么操作数加镜片还是换结构，可以去查光学设计手册，也可以去查专利。深化的就比较困难，看想要学习那种镜头的设计，物镜、目镜、激光、照明、变焦、先选工作中能接触到的，去查专利。7片、8片、9片、的孔径2的1.5的1的0.8的去慢慢熟悉摸索，不懂得去知网看专利、看论文一个点一个点突破。

光学加工
想做成像的话，个人建议不要急着做什么设计镜头软件之类，先从工艺做起吧。如果工艺做的时候再反过来琢磨设计，感觉就不一样了。因为镜头设计不是完全靠软件的，zmx和codev你可以当做一个计算器，主要设计还是你工艺积累的镜头知识、以及镜片冷加工知识、塑料镜片磨具成型等知识。
一句话成像设计是一个非常综合的，光看书或者光学软件没意义的，也是很打击人的。我13年出来，当然本人运气比较好，遇到一个好师傅。就是如此方向安排我的。先工艺半年，再机种量减少同时半天学软件和镜头，再做一个相对简单镜头自己带出来量产，最后边做设计边协助工艺部门处理工艺问题。现在我还会一直处理工艺问题。希望可以帮助你，谢谢！(@feijiang)

变焦镜头设计[5][6]
光学设计的思路有两种：一种是不断地改进，不断地提高镜头性能；另一种为以最低价的成本实现用户的需求。第一种思路是一个光学设计者的追求，光学设计的魅力就在于不断的改进和提高，这种思路有利于这个学科的发展。第二种思路是工程应用的基本思路，追求最优化。两种思路没有好和坏的区别，只是从事的工作不同罢了。
对于从已有专利出发，难点不是在优化过程，而是对于每个焦距位置，凸轮曲线是否可靠的验证问题，这个必须用宏完成，宏的功能大概就是能够输出每个焦距位置的MTF、弥散斑和垂轴色差（当然也可以输出更多的内容，只要你的机器够快）。
如果用pwc求解，第一步求解框架（每组焦距和间隔），这个可以看陶纯堪《变焦距光学系统设计》，或者张以谟《应用光学》再或者王之江《实用光学技术手册》相应章节都有相关公式，可以根据设计要求进行推导。光焦度分配，是后续pwc能否得到合理解的关键，这个步骤没有相关的公式可以量化，只能借助经验，我的方法是借助已有专利的光焦度分配比例来做（如果你有什么好方法可以教教我，相互学习）。实体化过程可以看高国欣专版的PWC相关章节，由于对于变焦系统变量个数小于像差方程个数（多组态），对于方程组没有一个确定的解，这步就充分利用zemax 的最小二乘和优化操作数，收敛得到pwc的解，这个过程还得自己领悟。

光学设计参考资料
经常来光行天下查查资料，可以去小木虫也可以去zemax knowlege base ,可以去各大光学公司的网站找模型，也可以去看一些光学展会的资料。

[1] http://www.opticsky.cn/read-htm-tid-66196.html 2013-03-10 infrared
[2] http://www.opticsky.cn/read-htm-tid-55119.html 2011-12-25 jllvbo
[3] http://www.opticsky.cn/read-htm-tid-55119.html 2011-12-25 jllvbo
[4] http://www.opticsky.cn/read-htm-tid-824.html 2005-09-11 roadwu
[5] http://www.opticsky.cn/read-htm-tid-65260.html 2013-01-14 hhxxgg00
[6] http://www.opticsky.cn/read-htm-tid-95913.html 2016-11-18 ziteng3315

天蓝色3230	2021-05-14 08:44
好贴，收藏慢慢品。

bairuizheng	2021-05-15 00:36
优秀文章，支持！

tassy	2021-05-15 00:38
好优秀，支持！

redplum	2021-05-15 06:00
好优秀，支持！

likaihit	2021-05-15 06:01
好优秀，支持！

silence唯爱	2021-05-15 08:58
这个帖子总结的已经很全面了，多看看

光电青年

2021-05-15 09:08

这些别人总结的经验对于自身学习上只是个参考作用，比如光学加工这一条，他说的是很有道理，但是他的切入点是从加工开始，所以他的经验也是把加工排的很高，可是我们光学设计大多是先从理论和软件开始，因此加工要了解各种加工参数和市场上的加工水平，而不一定非要懂的加工。
目前，我感觉就两个经验很有用，1，优化的时候尽可能让各个透镜偏转角度小一些，这有利于减少高级像差的影响,2正负透镜像差相消法，适当的选用正负透镜组合，至于其他的像差平衡方法只能起一个模糊的指导性作用，实际上软件自动优化时这些就只能起到赋予变量顺序和评价函数设置上了。

songshaoman	2021-05-15 09:21
关于国内没好原著光学设计类书籍，真的很赞同。而且国内编书没有职业规范，从来不把引文列清楚，整的没头没尾，不知道来龙去脉。

ch_aoman	2021-05-15 11:03
感谢楼主分享

木子示羊	2021-05-15 12:10
好贴，收藏

加油艾特我	2021-05-15 14:11
经验之谈啊，看来楼主应该是从事光学设计相关工作的。

光学白小白	2021-05-15 15:13
学习永无止境！

liu_z	2021-05-15 20:17
谢谢楼主分享，果断收藏

不懂想问	2021-05-15 21:35
设计之路，博大精深

likaihit	2021-05-16 00:11
好帖子

redplum	2021-05-16 00:12
很有意义啊

bairuizheng	2021-05-16 00:49
songshaoman:关于国内没好原著光学设计类书籍，真的很赞同。而且国内编书没有职业规范，从来不把引文列清楚，整的没头没尾，不知道来龙去脉。 (2021-05-15 09:21) 24 'J r= `Jn6@ 没头没尾的就是抄来抄去，以抄国外经典书为主，所以来龙去脉不明也就可理解

tassy	2021-05-16 03:20
看看资料

谭健	2021-05-16 08:03
佳作，珍藏学习

不懂想问	2021-05-16 08:18
结合自己，走出自己的路

li975708400	2021-05-16 11:34
谢谢楼主整理的资料！

木子示羊	2021-05-16 15:28
好优秀好优秀

有何不可	2021-05-16 17:21
谢谢，给了初学者一个方向

liu_z	2021-05-16 23:15
优秀文章，支持！

huajun124	2021-05-17 12:19
好优秀，支持！

缘随樱花舞

2021-05-18 09:40

读完之后，有几点疑问，望楼主指点：1.对于我这种半路出家的，学习zemax之后，再学习编程会不会导致哪个都不精通。
2.对于光学设计编程语言是否zemax宏与matlab就够用了
3.拿到一个光学设计的指标（定焦），我第一步是找一个与目标F数与视场角相近的初始结构，然后用zemax优化。这个步骤是否有误，或者说我找到初始结构后，第一步要干嘛？
最后希望楼主或者其他大佬能指点一下，非常感谢。

王立刚

2021-06-11 09:38

缘随樱花舞:读完之后，有几点疑问，望楼主指点：1.对于我这种半路出家的，学习zemax之后，再学习编程会不会导致哪个都不精通。 ^<2p~h0 \
2.对于光学设计编程语言是否zemax宏与matlab就够用了 /a4{?? #e
3.拿到一个光学设计的指标（定焦），我第一步是找一个与目标F数与视场角相近的初始结构，然后用zemax优化。这 .. (2021-05-18 09:40) 1mG-}

1.我有个老师，40多岁的时候开始学编程，现在在做操作系统；
耐心+时间；
另外，精通的标准是什么？满足工作够用即可，剩下的就得看个人兴趣了。

2.我也不清楚，还没学习编程；

3.第一步看像差分布，开始优化；（这是我的做法，不同人的做法可能不一样）

0.我做光学设计不到3个月，小有经验，帖子内容全是整理来学习的。

缘随樱花舞	2021-06-11 10:10
王立刚:1.我有个老师，40多岁的时候开始学编程，现在在做操作系统； 2D5StCF$O 耐心+时间； 3ckclO\\|> 另外，精通的标准是什么？满足工作够用即可，剩下的就得看个人兴趣了。 KMax$ ....... (2021-06-11 09:38) _\|`S3}q\|d hM!a_' 主要是我把像差，例如球差往小了优化，最后弥散斑还变大了，这让我搞不懂。

王立刚	2021-06-11 13:47
缘随樱花舞:主要是我把像差，例如球差往小了优化，最后弥散斑还变大了，这让我搞不懂。 (2021-06-11 10:10) \OoWo .6J$,.Ig 用的哪个操作数？

缘随樱花舞	2021-06-11 16:17
王立刚:用的哪个操作数？ (2021-06-11 13:47) 3(UVg!t p K$`$H 球差用SPHA，彗差用COMA

王立刚	2021-06-11 16:52
缘随樱花舞:球差用SPHA，彗差用COMA (2021-06-11 16:17) T9&1VW Xm&L BX 试下 tray，单独优化某个波长或者某个视场的像差，会好一些； 0CvUc>Pj`" 具体使用方法看下 ZEMAX用户手册；

xuyong9700	2021-06-17 10:49
感谢楼主分享！！！

上帝	2021-06-23 11:48
markmark

xuebaobei	2021-07-07 10:20
感谢分享

xuebaobei	2021-07-07 10:20
感谢分享哈

野蛮生长的猫	2021-07-19 16:40
谢谢分析，学习了

店长	2021-07-20 09:38
来了来了

marycn80	2021-07-22 10:48
优秀文章，支持！

marycn80	2021-07-22 10:54
对于楼主建议看国外的书籍，对原理的解释很深入，没有复杂的公式推导这个观点非常认同，国内的教材老是喜欢把简单的原理搞得很高深晦涩，容易打击入门者的信心。

jinily	2021-07-24 17:11
看起来了！ s9d_GhT%-

天灰灰123	2021-08-23 17:18
感谢分享

dengjian5218	2021-11-04 14:56
写的非常好！！

sac	2021-11-21 23:23
感谢分享，认真学习一下！

y291238920	2021-11-24 11:13
感谢分享

店长	2021-11-30 11:21
收藏贴，良心贴

dingdong123	2021-12-08 19:48
优秀文章，认真学习！

dengjian5218	2021-12-24 13:09
好贴，收藏慢慢品。

hchhide	2021-12-27 23:09
感谢楼主分享，谢谢！

夜夜烨烨	2021-12-29 09:29
马一下，慢慢看

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