| 彼贤思与君齐 |
2022-06-01 10:30 |
光学设计自学高阶优化
光学设计结构除了找初始结构，经验丰富的设计师能够依赖自己的丰富经验从无到有生成初始结构。有经验的设计师往往能根据需求方提出的像质要求，在了解镜头焦距、孔径以及视场等参数的前提下，决定采用简单结构还是复杂结构，大致需要几组、几片透镜，正、负透镜如何组合，光焦度如何分配，能够大致搭建光学系统架构并根据色差校正的基本原理提出初步的透镜材料搭配方案，然后将初步搭建的光学系统架构输入光学系统设计软件（如ZEMAX、CODEV等），根据二维图中显示的结构与光线走向再手工修改参数，光线没有明显错乱，并能达到像平面后就可以编写优化操作数进入优化步骤，优化过程中再根据像质变化情况施加人工干预直到设计结构满足设计要求。这里总结一些常用的经验法则： X`]>J5
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1、对同一类型的光学系统，如果不采用特殊面型的话，像质要求与系统复杂程度密切相关。 :yOJL [x
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2、通常需要采用正负光焦度透镜组合来校正像差，如果对像质有一定的要求，就不要寄希望于仅使用若干正透镜或者负透镜，除非是如聚光镜那样的照明系统或对特定位置成完善像的齐明透镜系统。 | fn%!d `2
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3、每个光学表面不要承担太大的光焦度．即光线在各透镜表面上的偏角不要太大，光线与光轴的夹角不要大起大落。因为光线在表面上的偏角越大，该表面的相对孔径也就越大，所产生的高级像差越大，这会导致像差平衡困难。 <.@w%rvG
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4、对于宽光谱成像系统则必须考虑色差问题，这就要求采用不同的光学材料组合，并且越是长焦距系统，色差的影响就越严重，有的需要采用超低色散材料．如萤石等。只要是需要校正色差的光学系统，总要用到冕牌玻璃和火石玻璃的组合，通常在正光焦度的光组中，正透镜用冕牌玻璃，负透镜用火石玻璃；而在负光焦度的光组中，负透镜用冕牌玻璃、正透镜用火石玻璃。半导体光学材料在中远红外光学系统中所起的作用也相当于冕牌玻璃和火石玻璃。 Q0""wR q '
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5、大视场光学系统如果要校正像面弯曲，只有正负光焦度分离这一种方法，可以采用弯月形厚透镜或正负薄透镜分离。 "N=q>jaX
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6、一些新技术应用于成像光学系统会带来意想不到的效果，如非球面的应用可以大大简化系统的结构，并提高像质。二元光学元件由于具有与常规元件完全不同的色差特性．在校正宽光谱色差方面表现优异，这种元件也具有良好的热像差特性，利用它可以使光学系统在较大的温度范围内保持良好像质。但新技术的应用通常需要付出额外的代价，如成本提高、检测困难、非球面公差更严重、二元面会产生多级衍射杂光等，因此在应用时需要权衡利弊。
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