光學設(shè)計，枯燥中的樂趣
光學設(shè)計，枯燥中的樂趣 /<GygRs
“光學設(shè)計是很枯燥的工作�！� zp d4uto5
確實,很枯燥。剛?cè)胄袝r，我也這么認為。 oSxHTbp?
和軟件的關(guān)系，一直很擰巴。本應該是左膀右臂的光學設(shè)計軟件，成了我們斗爭的對象：不斷的設(shè)置繁瑣的像差控制參數(shù)，命令軟件優(yōu)化、再優(yōu)化，卻眼瞅著優(yōu)化評價數(shù)值完全靜止，毫無變化…… "}EydG"=
死盯著屏幕，沉寂中蘊藏著涌動。 c" yf>0
很多時候，特別想把電腦砸個稀爛吧？ &}rh+z
優(yōu)化了很久很久……能不能獲得好的結(jié)果，也只能聽天由命。 ^ G15]Pyw
我曾如此枯燥的做了好多年光學設(shè)計：某像差不符合設(shè)計要求時，只知道添加像差控制操作數(shù)，設(shè)置巨大無比的權(quán)重，優(yōu)化結(jié)果卻不盡人意：此像差或許確實有提高，但整個光學系統(tǒng)卻基本崩潰掉了。 *K!V$8k=99
枯燥的工作狀態(tài)持續(xù)了很久。否極泰來也好，撞大運也好，黑暗中出現(xiàn)了一線光明：偶爾能設(shè)計出比較滿意的光路了。 ,rQznE1e
隨著工作經(jīng)驗的積累和對光學設(shè)計工作認知提升，逐漸從最初抱怨軟件功能不夠強大，轉(zhuǎn)變?yōu)樵敢饣ǜ嗟臅r間去思考：無法獲得較好的光學設(shè)計結(jié)果的原因是什么？ e KET8v[
思考結(jié)果如下： 8He^j5
（1）光學設(shè)計原理認知不深； ]U]{5AA6
（2）光學設(shè)計經(jīng)驗欠缺； &FGz53fd4
（3）對軟件優(yōu)化算法缺乏了解。 o: TO[
R(3V ! ph
1、光學設(shè)計原理 SZE X;M
以色差校正原理為例，色差校正的關(guān)鍵點在于玻璃的選擇。其選取規(guī)律如下： $$AKz\
（1）合適的玻璃對，比如K系列和F系列，可以用來消除色差； .I[uXd
（2）舊的玻璃對組合，透鏡在消除色差的條件下，可獲得小的球差和小的彗差，但同時匹茲伐和會明顯增大，比相同焦距的單透鏡的匹茲伐和還要大； BH\q m
(X
（3）新的玻璃對組合，即：高折射率低色散為正片，低折射率高色散的玻璃為負片的膠合透鏡組，可降低匹茲伐和，獲得較平的像面，然而球差將處于欠校正狀態(tài)。 f:e~ystm
[attachment=106555] pkhZW8O
圖1、三透鏡焦距相同，均為f 4u A ;--j
（a）透鏡為K9材料，其匹茲伐半徑為-1.52f 6M F%$ K3
（b）舊玻璃對組合，正透鏡為K9，負透鏡SF1，其匹茲伐半徑為-1.37f eo"6 \3z
（c）新玻璃對組合，正透鏡為SSKN5，負透鏡LF5，其匹茲伐半徑為-2.19f 87y$=eZ
（4）消除二級光譜，實現(xiàn)復消色差，需選擇合適玻璃對，需挑選特種色散玻璃。應選取如圖2示中，偏離正常玻璃線的材料，比如FK61，CaF2等。 9J*m!- hOY
[attachment=106556] %
`\8z
圖2、局部色散圖 ]e 81O#t3
了解以上原理，在設(shè)計光學系統(tǒng)時，就不會犯原則性錯誤：僅使用一片薄透鏡，妄圖獲取消色差目的；為實現(xiàn)色差、球差、匹茲伐和的最優(yōu)設(shè)計，而不適時的調(diào)整玻璃對組合；為實現(xiàn)復消色差，卻僅采用普通玻璃…… ^qGH77#z
光學設(shè)計的原理還有其他方面，以上僅僅以色差校正和玻璃選擇為例，論述了光學原理在設(shè)計過程中的作用：規(guī)避低級的、原理性的錯誤。 C^]bXIb
2、光學設(shè)計經(jīng)驗 bNj| GIf
仍以玻璃選擇為例，講述光學設(shè)計過程中，經(jīng)驗對設(shè)計工作造成的影響。 s+9q :
以三片鏡為例：玻璃的折射率，對三片鏡光學系統(tǒng)整體性能影響很大，比較三片鏡各個專利，不難發(fā)現(xiàn)：相似結(jié)構(gòu)，采用K系列玻璃為正透鏡的系統(tǒng)，與采用LAK系列玻璃為透鏡的系統(tǒng)，獲得的光學性能差距巨大。 x-Yt@}6mvl
有經(jīng)驗的設(shè)計師，以某三片鏡專利為基礎(chǔ)，不增加透鏡數(shù)量的情況下，為獲得更好的像質(zhì)，必然會調(diào)整透鏡的材料選取，或者放開透鏡材質(zhì)的限定，通過軟件優(yōu)化、挑選合適玻璃。 19h8p>Sx0
那么，在采用軟件優(yōu)化功能挑選合適玻璃材料時，是將正透鏡設(shè)置為變量，還是把負透鏡設(shè)計為變量呢？有經(jīng)驗的設(shè)計師，一般會選取玻璃圖左上方（即：高折射率低色散）的玻璃作為正透鏡，并固定下來，將負透鏡設(shè)置為變量優(yōu)化。 zAS&L%^
|