光学设计过程及初始结构选择、建立

光学设计任务

下面是有经验的光学设计者在完成特定设计任务时通常遵循的基本步骤。由于光学设计的内在复杂性，设计过程通常复杂而且很费时。

1、研究指标
2、选择起点
3、建立变量和约束
4、设置性能评价函数
5、优化
6、评价性能
7、重复步骤3、5、6
8、分解元件、修改玻璃、优化重复3、5、6
9、如果指标仍不满足，请返回到第二步
10、公差与误差预算
11、光学制图、设计结构
12、装配和检测

1、设计过程的第一步是获得并研究所有技术指标，包括所有光学指标，如焦距、f/#、全视场、封装约束，性能目标、环境要求等等。

2、选择一个有代表性的可行起点。
重点说一下起点的选择。

在任何可能的情况下，这个起点应该是最可能满足设计技术要求的结构。例如，如果要设计一个小视场、入瞳直径为5mm的f/10单色光镜头，则这个镜头很可能采用单个元件。然而，如果要求设计宽光谱段而全视场为40°的f/1.2镜头，则解很可能是6-7个元件的双高斯镜头形式。如果将单元件用于后者的设计起点，则根本不可能得到可行的结果。
寻找良好起点对获得可行结果是非常重要的。

以下是起点的可行来源

（1）、使用专利
将现有的专利设计作为起点。有很多镜头专利资料，将专利的设计数据输入到计算机中，并用任何方式进行处理都是合法的。
建立专利系统的目的是为了促进发明和改革，该目的通过给发明人提供对其发明的17年专有权以鼓励其在专利中说明实现发明专利的方法。因此，实际上鼓励使用专利设计数据并对其进行处理、改进。其目的在于能提出更好的设计，那时，可以公布该改进设计并取得其专利。
照此哲学，发明人不断接受到挑战以改进发明，有效地促进了技术的发展。这就是专利的核心价值观，或者说核心作用。

认真使用专利应受到鼓励。

（2）、所谓的“混合”设计
还有可以使用所谓的“混合”设计。混合设计指结合两个或多个其他可行的设计以产生一个新的系统结构的设计方法。
“混合”设计，其实就是合理的拼接光路，以满足新的设计要求。说成“拼凑”光路，我觉得也不为过。
例如，一个中等视场的天塞镜头设计形式可以喝前面的一个或多个强负光焦度元件结合而产生一个超广角镜头。
实际上，在组合光学系统中，天塞镜头使用的视场与其原有视场相似，负光焦度元件或元件组使光线弯折，从而覆盖更大的视场。
当然，也可以寻找和设计要求近似的原有设计本身，作为可行的起点，进行设计。
利用当今的计算机辅助设计软件，“从零开始”能应付诸如双胶合和三片型那样的简单系统；然而，对于更复杂的系统，可能会遇到问题，借助专利或其他资料得到起点可能会更好一些。


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这个帖子翻译之后，几乎未做修改。因此设置为“分享”。

以前的一些帖子，设置为“原创”的，其实也是参考了很多经典书籍，不过结合了一下实际设计经验，对其内容进行了扩充和分析。因此，设置为“原创”。

发的帖子，应该说，基本都是有出处和依据的。

另，水平有限，有问题，请指正！

echo8537 发表于 2014-6-10 22:22

多谢顶贴。多交流。

phoenixzqy 发表于 2014-6-10 23:01
多谢顶贴。多交流。

前段时间去学习了电子和单片机编程的一些基础，准备回归光学，，，，，往后希望各位前辈多多指点

echo8537 发表于 2014-6-10 23:08
前段时间去学习了电子和单片机编程的一些基础，准备回归光学，，，，，往后希望各位前辈多多指点

常交流。。。

对于更复杂的系统，可能会遇到问题，借助专利或其他资料得到起点可能会更好一些

zhdreamweaver 发表于 2014-6-21 13:11
对于更复杂的系统，可能会遇到问题，借助专利或其他资料得到起点可能会更好一些

是这样的。结构越复杂，用初级像差计算出来的结构，会有很多种解。很难选择，取舍。

折射率 色散，  曲率 厚度 对系统的影响都大得很  折射率差影响球差校正后曲率的大小 折射率差越大  半径越小 由公式 1/F=（N-1)C可知，当系统的F一定时，N-1 之差越大 C差就越大 但是当系统中有很多片时，大的折射率差所导致的C差大  可以由很多片承担  。色差也是同理 色差是由透镜的光焦度和光线的高度所决定 ，当系统校正了色差时，由于曲率大  导致无法校正其它的像差  负透镜的厚度 对于象散的影响也是很大  象散是子午场曲和弧失场曲之差决定  校正场曲唯一的办法是正负透镜评分离  场曲由Ф/N决定  正负透镜评分离 产生正负光焦度 正透镜的光焦度要比负透镜的光焦度大  所以正透镜采用高折射率材料 负透镜采用低折射率材料，由于负透镜的高度比正透镜的要低  所以可以在产生较小的高级相差情形下 平衡正透镜的像差  以上为自己所学一段时间的领悟 期望高手能指正 也给现在在学光学设计的人一点经验。虽然这些东西看起来很简单 ，但确实花了很长时间才变成自己的，但是对于如何在实际校正系统时 ，还是显得无从下手。由公式可知，场曲 色差  焦距 可以在初选结构时就可以确定 在0W光线高度比较高的地方校正透镜的球差  主光线高度比较高的地方 对畸变和慧差影响比较大，对偏角较大的面 设法改小 但是对于怎么个该法还是不知道啊  哎 那位大侠指点指点吧

魅力薄膜 发表于 2014-7-5 20:58
折射率 色散，  曲率 厚度 对系统的影响都大得很  折射率差影响球差校正后曲率的大小 折射率差越大  半径越 ...

最好能加上标点符号。
高折射率的采用，会减小曲率，增大半径，有利于减小高级像差。
大多数情况，正透镜的折射率小于负透镜的。
正透镜是否采用高于负透镜的折射率，视情况而定，以双胶合为例，负片折射率低于，在消色差情况下，球差将无法校正，而对像面像差是有好处的。

zxqq000 发表于 2014-7-10 07:09

多谢 常交流