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光行天下 -> 光学镜头设计 -> 如何更有效的利用软件优化光学系统？觉得自己遇到瓶颈了，该怎么继续呀？求高手指点！ [点此返回论坛查看本帖完整版本]

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rcasiodu

2011-12-28 11:09

如何更有效的利用软件优化光学系统？觉得自己遇到瓶颈了，该怎么继续呀？求高手指点！

我学习光学设计有段时间了，第一本认真阅读的书是Intro to lens design（with zemax practical examples）。这本书结合zemax的实例，从单透镜的设计介绍到Petzval Lens。读完之后对像差理论有了基本的了解，初步掌握了书中介绍的优化方法。但是书中对初始结构设计的探讨不够仔细，为此我阅读了国内北理工的光学设计教程学习PW法。但是在求解Cooke Triplet（三片式）就遇到了问题，不知道该怎么解方程。有做光设的就跟我说解方程没有太多意义，现在的初始结构大都从现有的结构中选取。

我现在的疑惑是：（1）是否应该继续学习并掌握PW法呢？（2）符合要求的结构可能有很多种，怎么选取一个最优的初始结构呢？（3）给定一个初始结构进行优化时，不知道该怎么控制像差？尤其当系统的变量很多时，不知道该从何入手。我在用zemax优化时，经常出现优化的结果像质太差，而且有些空气间隔和透镜的边缘厚度也不合理。（4）怎么根据系统提供的像差，MTF，Spot diagram等信息，找到影响系统像质的关键因素？虽然可以分析系统的像差，但是不知道该怎么利用这些信息来寻找最佳的优化方向。（5）当系统优化到局部极小，怎么对结构参数进行人工调整，以期跳出局部极小？

因为是自学，不知道该怎么继续下去了？感觉学了这么久还没有入门，纠结啊！论坛里的各位大牛们，我应该怎么办才能继续提高呢？好苦恼啊，请高手们指点迷津啊！谢谢！

sansummer

2011-12-28 11:51

我是初学者，谈谈感受啊

1）要学pw法，我觉得应该认认真真的自己推到并且用它来尝试设计一些简单的透镜，在这个过程中，不断揣摩各种像差的含义，提高对他们的理解，加深基本功

2）初始结构的选择不是一蹴而就的，也许最开始就不知道选哪种，那就多多尝试啊，不要怕选错了，在不断挑选的过程中来慢慢摸索规律

3）我觉得不知道怎么控制像差的前提是不知道像差评价的标准是什么，一旦有了标准就很好控制了。至于间隔边厚等等，可以参考国标

4）不知道优化方向就要尝试，比如尝试改动光阑的位置，尝试非球面的位置，尝试更换玻璃。这些不是说一眼能看出来的，除非你是高手。嘴笨的方法就是尝试，找到一个满意的改善像质的方法

5）跳出局部最小，我认为得大破大立，重新来选择不同的初始结构来设计。或者用全局优化的方法

以上是我一个初学者的认识，请各位指教

mang2004

2011-12-28 13:31

楼主，
既然已经提到了北理工的光设教程，建议认真多看几遍，用软件核实书中的例子，另外推荐张以谟王之江老师的书作为精读，都是经典。

疑问回答：总的感觉，楼主若在相差理论方面再接再厉下些功夫，80%疑问将迎刃而解。

1）PWC法乃相差理论的具体运用，光设法宝也，可以查一下光行坛高国欣老师的帖子增强学习运用的信心；2）遇到多种初始解时，要根据具体应用选择一个最符合自己情况的，例1就是袁老师在光学设计一书中花了大篇幅用相差理论讲解三片式镜头光焦度分配和透镜间隔的选取，各种方案对比，令人读来津津有味，曾经用matlab重现这些分析，非常佩服前辈造诣；3）了解及深刻了解各种光学系统的相差特性及校正要求，软件优化时的评价函数就是这些要求的数值体现而已，在复杂系统中分析各类相差轻重缓急关系是个难点，根据相差理论一般都能理出头绪来。空气间隔和透镜清查阅书籍手册并合供货商探讨；4）同第三点的答案---深刻了解系统的相差特性（各种相差在点列图的特征，对波相差的影响等）和校正要求，决定校正的策略的方向，必要的数值分析千万不要偷懒。5）光设中永远难点，paper的永远话题，设计评审中挑剔方和被挑剔方永远的双刃剑，Robert Fischer的光学系统设计书中有比价具体的实例，不妨读读。

和其他工作一样，光设注重知识和经验积累，更注重潜心和毅力。楼主是个有心人，祝成功，多交流。

rcasiodu

2011-12-28 14:00

sansummer:我是初学者，谈谈感受啊 R"AUSO|{
1）要学pw法，我觉得应该认认真真的自己推到并且用它来尝试设计一些简单的透镜，在这个过程中，不断揣摩各种像差的含义，提高对他们的理解，加深基本功 uuNR?1fS
2）初始结构的选择不是一蹴而就的，也许最开始就不知道选哪种，那就多多尝试啊，不要怕选错了，在不 .. (2011-12-28 11:51) .fYZ*=P;c

谢谢您的回复！PW法我还没有掌握，现在只能求一些简单结构的初始解。虽然对像差有了一定的了解，但是还不能有效的分析透镜形状，光阑位置对其的影响，还是需要加强基本功的学习。
Lens design with zemax examples一书中也提到对初学者来说，设计就是try and error的一个过程，我有点急躁了，谢谢您的建议！

rcasiodu

2011-12-28 14:12

mang2004:楼主， P>ceeoYQuA
既然已经提到了北理工的光设教程，建议认真多看几遍，用软件核实书中的例子，另外推荐张以谟王之江老师的书作为精读，都是经典。 )E#2J$TD
疑问回答：总的感觉，楼主若在相差理论方面再接再厉下些功夫，80%疑问将迎刃而解。 i_Re*
....... (2011-12-28 13:31) Z?P~z07

嗯，自己读书的时候还是没能静下心来，有点急于求成了。扎实的理论知识对设计大有裨益，我会继续在像差理论方面充实自己。我自己做lens design中的例子时，对设计的结果没有更深入的分析，我以后会注意的。谢谢您的建议，非常感谢！

sansummer

2011-12-28 18:09

rcasiodu:谢谢您的回复！PW法我还没有掌握，现在只能求一些简单结构的初始解。虽然对像差有了一定的了解，但是还不能有效的分析透镜形状，光阑位置对其的影响，还是需要加强基本功的学习。 -9 !.m
Lens design with zemax examples一书中也提到对初学者来说，设计就是try and error的一个过程，我 .. (2011-12-28 14:00) R[z`:1lo

版主说的有道理，回想当时我也做过验证，我用VC++把袁旭沧的书中的PW方法编程验证，实际作出的结果和ZEMAx相差无几，我觉得这真是一个很好的学习的过程。

不过再过了这阶段后，我觉得可以不用每次都使用PW方法了，可以以现有的结构来进一步优化。

因此我认为PW法是一个很好的打基础的作用，也是对像差深入了解的过程。其实我个人觉得PW方法，在这个计算机的时代，可以不用完完全全的依赖她了。比如你看的Introduction to lens design那本书，里面介绍的设计双胶合的方法，简单易懂，结合了计算和电脑优化，很快就能得到一个满意的结果。而当时第一次在大三做课程设计时，用pw法，又是计算，又是选玻璃，也未必就能达到一个非常好的结果。因此来说不同的时代有不同的方法，能够将理论和计算机结合起来，取各自优点，是最好的设计方式

有不对的请指教

phoenixzqy	2012-01-01 18:52
光学设计不是看一下软件怎么用或者看一下pw算法就能解决的。牵涉到很多内容。最好能经过大学光学专业的学习。自学难度很大的。

rcasiodu	2012-01-01 19:49
phoenixzqy:光学设计不是看一下软件怎么用或者看一下pw算法就能解决的。牵涉到很多内容。最好能经过大学光学专业的学习。自学难度很大的。 (2012-01-01 18:52) 7+x? "4 $+.l*] 惭愧呀。。。本科是学光学专业的，但是没有接触过光学设计，现在想学只能自学喽

mang2004

2012-01-01 22:42

rcasiodu:惭愧呀。。。本科是学光学专业的，但是没有接触过光学设计，现在想学只能自学喽 (2012-01-01 19:49) i#%aTRKHd6

楼主太谦虚了，更没必要惭愧！光学设计本是一门学问，认真做好每一步工作，多积累经验，没有什麽高深莫测的。加之现在相关信息资源如此丰富，交流广泛，密笈哪哪都能找到，靠一丁点自认为葵花宝典就指手划脚早过时了。
有志者事竟成！多交流。

rcasiodu

2012-01-02 14:52

mang2004:楼主太谦虚了，更没必要惭愧！光学设计本是一门学问，认真做好每一步工作，多积累经验，没有什麽高深莫测的。加之现在相关信息资源如此丰富，交流广泛，密笈哪哪都能找到，靠一丁点自认为葵花宝典就指手划脚早过时了。 }B~If}7
有志者事竟成！多交流。 b%cF
(2012-01-01 22:42) ws^4?O

谢谢斑竹的鼓励！我会坚持一步一个脚印，认真的学习的。谢谢您！

souldazyzky	2012-02-29 20:27
楼主已经很厉害了

ffishere

2012-03-05 15:19

楼主你好，不知道你现在光设学的怎么样啦。我现在也是初学，好多你遇到的问题我也很茫然，感觉设计好像大海捞针，或者浓雾里找路。。。。。你之前问的问题有没有什么感觉了呢？
“（2）符合要求的结构可能有很多种，怎么选取一个最优的初始结构呢？”这个问题我也很想问。我学的是红外系统设计，一般根据F数和焦距来选择。但是在ZEBASE的光学系统里面，有的能够得到很好MTF的，有的根本优化不出来，有的时候限定的多了，直接软件死了。。。。。
“（3）给定一个初始结构进行优化时，不知道该怎么控制像差？尤其当系统的变量很多时，不知道该从何入手。”
你现在是根据什么来控制像差呢？我感觉书上看的怎么跟软件练习不起来啊，现在初学，我一般就是看MTF能不能接近衍射极限。还有SPT里下面的数值大不大。。。
“我在用zemax优化时，经常出现优化的结果像质太差，而且有些空气间隔和透镜的边缘厚度也不合理。”这个可以我认为用调制传递函数的限定来解决。不知道你现在用的是什么办法。“（4）怎么根据系统提供的像差，MTF，Spot diagram等信息，找到影响系统像质的关键因素？虽然可以分析系统的像差，但是不知道该怎么利用这些信息来寻找最佳的优化方向。”不知道这个问题你现在知不知道了。。。“（5）当系统优化到局部极小，怎么对结构参数进行人工调整，以期跳出局部极小？” 别人交我的是，可以通过看Seidel参数来改。就是改的时候看参数变化。但是目前我还没整明白这个方法。。。不知道你现在弄清楚没有。
楼主如果有什么新方法的话分享下呗~还有有用的参考书。应用软件实际分析的书真的很少。

rcasiodu

2012-03-09 18:32

ffishere: 楼主你好，不知道你现在光设学的怎么样啦。我现在也是初学，好多你遇到的问题我也很茫然，感觉设计好像大海捞针，或者浓雾里找路。。。。。你之前问的问题有没有什么感觉了呢？ &~W:xg(jN
“（2）符合要求的结构可能有很多种，怎么选取一个最优的初始结构呢？”这个 .. (2012-03-05 15:19) 2,*M|+W~

经过一段时间的学习又有了新的体会，但是还没有长足的进步，光学设计真的需要一点点的积累。
有关问题二，就是看初始结构的赛德数和，尽量选取赛德数和较小的结构，当然这样的结构也会比较多，这时就去看高阶的像差，总之，找到像差平衡比较好的初始结构对后续的优化是很关键的。
问题三：针对不同的系统，对不同的像差要求是不一样的，但目前我遇到的系统都要求很好的校正球差和彗差，对于视场不是很大的系统，这两种像差更是影响系统像质的关键因素。当系统的三阶像差都比较小时，可以利用SPOT diagram来优化。之后再用MTF，刚开始不要用MTF作为目标函数来优化。对于那些空气间隔，就是加上约束条件，对于有些面优化之后变的很夸张，那么开始时就让其不可变，去优化别的变量。
问题四，只能靠自己在实际设计中慢慢摸索了，这个目前还没有概念。
问题五，手工调整也还没有掌握，该修改哪些参数，怎么改？希望能通过实践早点掌握。
我也是新手，以上都是个人的想法，还望高手多多批评指正。

rcasiodu

2012-03-09 18:37

ffishere: 楼主你好，不知道你现在光设学的怎么样啦。我现在也是初学，好多你遇到的问题我也很茫然，感觉设计好像大海捞针，或者浓雾里找路。。。。。你之前问的问题有没有什么感觉了呢？ g?ULWeZg5
“（2）符合要求的结构可能有很多种，怎么选取一个最优的初始结构呢？”这个 .. (2012-03-05 15:19) ^cuc.g)c$?

参考书有很多啦，我也找了很多，但是许多都没有认真看。所以我觉得找一两本书，仔细的钻研，要比囫囵吞枣的看很多书更有帮助。
Lens design with ZEMAX examples这本书很好，我大致读了一遍，还有些地方没有弄明白。
Practical computer aided lens design这本书也挺不错的，写的简单易懂，尤其是结合ZEMAX软件来讨论光学设计，还是很好的一本书。
中文的北理工出的书也很好，看过一些章节，以后要认真通读一遍。

ffishere	2012-03-12 13:51
哈。谢谢。你跟我说的那两个情况我都没用过，以后我都看看这些东西。那两本书我去找找看。资料我都找了不少，就是许多资料看完后再设计，感觉联系不起来。。。。。。。。。。。。。。

mj52814113	2012-03-12 15:21
楼主的问题提的很到位啊~ 学了这么久，有时候感觉还是没底。还真是应了群众们的那句话，要靠经验和积累啊，缺乏这些东西，学习光学设计，不容易。

wanglu079	2012-05-29 14:38
学了几年肯定遇到瓶颈啊

tongtai668	2012-08-02 17:47
多谢了啊啊

derder986116	2012-08-03 19:28
学了N各月了，至今没入门，楼主讲的也正是我所苦恼的

tongtai668	2012-08-06 11:48
我也很苦恼 S(*sw 0O@+

derder986116	2012-08-08 14:19
受教了

xull127

2012-08-08 14:38

sansummer:我是初学者，谈谈感受啊 K<SyC54
1）要学pw法，我觉得应该认认真真的自己推到并且用它来尝试设计一些简单的透镜，在这个过程中，不断揣摩各种像差的含义，提高对他们的理解，加深基本功 %InA+5s`
2）初始结构的选择不是一蹴而就的，也许最开始就不知道选哪种，那就多多尝试啊，不要怕选错了，在不 .. (2011-12-28 11:51) .*Ct bGw

说得对，相信您以后会成为真正的光学高手

wutongyu100	2012-08-11 10:28
新手来学习的

xzd014	2012-10-12 15:09
谢谢，有用！精辟之谈

hhxxgg00	2012-10-12 16:53
不错都是高硕啊

yunsheng	2012-10-19 21:03
都是高手啊获益匪浅

风火山林	2013-04-18 23:26
这才是一个扎扎实实的好帖子！

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