| liujj |
2007-02-08 16:16 |
走向光學(xué)工程師的必由之路
在論壇上看到不少光學(xué)設(shè)計(jì)已經(jīng)入門或者剛剛?cè)腴T的同行的苦惱和壓抑，我就不由自主地想起自己目前同樣的窘境。正如論壇上一位同行說(shuō)的，當(dāng)光學(xué)軟件較為熟悉了之后，突然發(fā)現(xiàn)自己進(jìn)入了一個(gè)平臺(tái)或者高原期，那就是腦子中間一片空白。 kM (,8j
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在光學(xué)設(shè)計(jì)行業(yè)以外，有這么一種趨勢(shì)：認(rèn)為鏡頭設(shè)計(jì)是一個(gè)已經(jīng)被解決的問(wèn)題，那些人相信只要你買上一套光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，然后按一下“全局優(yōu)化”的按鈕，你就可以解決所有鏡頭設(shè)計(jì)的問(wèn)題。當(dāng)然，現(xiàn)實(shí)情況是相反的。光學(xué)設(shè)計(jì)軟件無(wú)法提供設(shè)計(jì)結(jié)果：軟件的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)置功能是不充分的，它需要在設(shè)計(jì)者的指導(dǎo)下工作。 U +@rLQ.-
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“尋找專利，用軟件優(yōu)化，能否達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)基本上靠運(yùn)氣”以及“苦惱于光焦度分配等等設(shè)計(jì)”似乎成為了最現(xiàn)實(shí)兩大障礙。于是很多同仁發(fā)出呼聲：走向光學(xué)工程師的路在何方？我想在這里以一位光學(xué)初學(xué)者的角色和大家淺探一下光學(xué)工程師的成長(zhǎng)之路，希望對(duì)這些同行、光學(xué)朋友有所裨益。 MAgoxq~;V
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很遺憾的說(shuō)，以上兩大障礙并不是一名成為光學(xué)工程師最根本的障礙，雖然這也許是我們滿腔熱忱信心十足的投入到一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)化中所面臨的最直接的困難。實(shí)際上，缺乏實(shí)習(xí)，對(duì)于能否實(shí)現(xiàn)我們的光學(xué)設(shè)計(jì)所缺乏的必要的基本了解，是造成我們迅速進(jìn)入“技術(shù)困境”的本質(zhì)原因。 4'L.I%#tZ
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我參與過(guò)一個(gè)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)一款“10X變焦，相對(duì)孔徑在1:1.4、焦距范圍20~200mm”的偵察用照相鏡頭。這個(gè)項(xiàng)目是在一位頂尖級(jí)別的光學(xué)方面的研究員指導(dǎo)完成的。眾所周知，當(dāng)接到這個(gè)任務(wù)的時(shí)候，首先我就是去尋找一個(gè)完全有潛力、并且有一定余量的初始系統(tǒng)。然而，很悲觀的是，公開的專利中很少有“大相對(duì)孔徑、高變倍、焦距范圍從短焦到中長(zhǎng)焦的好結(jié)構(gòu)”。我覺得這應(yīng)該是最困難的地方了。然而到了鏡頭出樣出來(lái)的時(shí)候，我才發(fā)現(xiàn)，這個(gè)東西的設(shè)計(jì)困難不是因?yàn)槲以谑褂密浖䞍?yōu)化時(shí)候的困難、也不是進(jìn)行光焦度分配的困難，而是如何在工程上實(shí)現(xiàn)它。這成為了我這個(gè)“鏡頭設(shè)計(jì)工程師”最最困窘的地方。 a &hj|
因?yàn)�，通過(guò)計(jì)算就可以知道，第一組鏡片的尺寸在１４３ｍｍ以上，這個(gè)尺寸，一個(gè)鏡片就足有１斤重，通常３～４片的話，前固定組就足有２公斤。要知道，這還不包括外面的鏡筒。 qB3=w F I
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鏡頭調(diào)焦是通過(guò)前組微量的前后移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。設(shè)計(jì)后才發(fā)現(xiàn)，支撐變焦組、凸輪、主鏡筒、補(bǔ)償組那么一個(gè)笨重的結(jié)構(gòu)是一件非常困難的事情。前組和支撐后面一系列鏡組的主鏡筒之間會(huì)由于支撐的原因出現(xiàn)下沉的問(wèn)題，導(dǎo)致光軸出現(xiàn)偏差。 HgOrrewj
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凸輪曲線槽的設(shè)計(jì)，可能是整個(gè)這個(gè)變焦鏡頭的難點(diǎn)之一了。直徑達(dá)到１４０ｍｍ的凸輪，是一個(gè)不折不扣的笨重東西。０．５ｍｍ的壁厚增量，都相當(dāng)于１００克以上的增重。然而，即算是達(dá)到了５ｍｍ的厚度，對(duì)于整個(gè)龐然大物來(lái)說(shuō)也是薄壁零件。在薄壁零件上要加工出兩條沒(méi)有位置變形的曲線槽，可是一件非常困難的事情。尤其是其中一條在低倍端帶有一段負(fù)的升角的曲線槽的加工，國(guó)內(nèi)自產(chǎn)的銑床很困難去除絲杠空回的誤差。最后，我們?cè)谔旖蛞患已芯克业搅艘慌_(tái)日本產(chǎn)的能夠自動(dòng)補(bǔ)償空回的數(shù)控銑床，完成了這個(gè)工作。 >NBwtF>
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曲線槽的形狀、壓力角、凸輪的材料、設(shè)計(jì)精度、強(qiáng)度等等，都是凸輪設(shè)計(jì)要考慮的問(wèn)題。我曾經(jīng)開發(fā)過(guò)一個(gè)這個(gè)方面的程序，結(jié)果經(jīng)過(guò)完成這個(gè)項(xiàng)目之后才發(fā)現(xiàn)，因?yàn)槲覍?duì)實(shí)現(xiàn)光學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)的一知半解，就是造成實(shí)現(xiàn)一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的最大困境所在。 5Ja[p~^L
在這款鏡頭檢測(cè)的時(shí)候，我和光學(xué)檢測(cè)人員一塊待了一段時(shí)間。一段時(shí)間的探討和學(xué)習(xí)，我對(duì)光學(xué)材料以及光學(xué)鏡片的加工有了長(zhǎng)足的了解。例如，鏡片設(shè)計(jì)的形狀、公差的給予等等，我才知道，即算是做一位專職的“光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)”工程師，我都是不合格的。對(duì)光學(xué)加工和檢測(cè)的無(wú)知或者一知半解，是造成我在光學(xué)設(shè)計(jì)中陷入困境的第二大因素吧。 V}q=!zz
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我曾經(jīng)拘泥于幾位光學(xué)大師的經(jīng)典著作，例如《光學(xué)設(shè)計(jì)手冊(cè)》、袁旭倉(cāng)先生、張以謨先生、薛明球先生等等；我也熱衷于光學(xué)軟件如何使用熟練。然后，相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間，我就呆在電腦面前閉門造車，手頭有一些經(jīng)典的專利或者光學(xué)鏡頭的例子�，F(xiàn)在才明白，原來(lái)這些軟件、書籍、專利，只不過(guò)是我剛剛對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)概念了解而已；要成為一位優(yōu)秀的光學(xué)工程師，我剛剛起步。 W_| 7hwr
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此外，我回憶起來(lái)我在大學(xué)和研究生期間學(xué)習(xí)過(guò)的光譜學(xué)知識(shí)、微光與紅外理論以及薄膜理論，現(xiàn)在才一長(zhǎng)串的連接起來(lái)。那些理論知識(shí)，約隱約現(xiàn)，霧里看花。而真真實(shí)實(shí)讓我感覺自己有些突破的和底氣的就是在光學(xué)加工、光學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)、光學(xué)檢測(cè)的這段時(shí)間的工廠實(shí)踐，我才真正知道：如果我要成為一名優(yōu)秀的光學(xué)工程師，我首先應(yīng)當(dāng)知道自己要掌握些什么？ _RG2I)P
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個(gè)人感悟，和同行們共享 ajD/)9S
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（原創(chuàng)：【談?wù)劰鈱W(xué)工程師】走向光學(xué)工程師的必由之路---工廠實(shí)習(xí) 公安部第一研究所 許正光 2005-9-26）
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