| 彼賢思與君齊 |
2022-06-01 10:30 |
光學(xué)設(shè)計(jì)自學(xué)高階優(yōu)化
光學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)除了找初始結(jié)構(gòu)，經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)師能夠依賴自己的豐富經(jīng)驗(yàn)從無(wú)到有生成初始結(jié)構(gòu)。有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師往往能根據(jù)需求方提出的像質(zhì)要求，在了解鏡頭焦距、孔徑以及視場(chǎng)等參數(shù)的前提下，決定采用簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)還是復(fù)雜結(jié)構(gòu)，大致需要幾組、幾片透鏡，正、負(fù)透鏡如何組合，光焦度如何分配，能夠大致搭建光學(xué)系統(tǒng)架構(gòu)并根據(jù)色差校正的基本原理提出初步的透鏡材料搭配方案，然后將初步搭建的光學(xué)系統(tǒng)架構(gòu)輸入光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件（如ZEMAX、CODEV等），根據(jù)二維圖中顯示的結(jié)構(gòu)與光線走向再手工修改參數(shù)，光線沒(méi)有明顯錯(cuò)亂，并能達(dá)到像平面后就可以編寫(xiě)優(yōu)化操作數(shù)進(jìn)入優(yōu)化步驟，優(yōu)化過(guò)程中再根據(jù)像質(zhì)變化情況施加人工干預(yù)直到設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求。這里總結(jié)一些常用的經(jīng)驗(yàn)法則： Sw`RBN[ yo
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1、對(duì)同一類型的光學(xué)系統(tǒng)，如果不采用特殊面型的話，像質(zhì)要求與系統(tǒng)復(fù)雜程度密切相關(guān)。 "1q>A t
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2、通常需要采用正負(fù)光焦度透鏡組合來(lái)校正像差，如果對(duì)像質(zhì)有一定的要求，就不要寄希望于僅使用若干正透鏡或者負(fù)透鏡，除非是如聚光鏡那樣的照明系統(tǒng)或?qū)μ囟ㄎ恢贸赏晟葡竦凝R明透鏡系統(tǒng)。 zOEY6lAwI
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3、每個(gè)光學(xué)表面不要承擔(dān)太大的光焦度．即光線在各透鏡表面上的偏角不要太大，光線與光軸的夾角不要大起大落。因?yàn)楣饩�在表面上的偏角越大，該表面的相對(duì)孔徑也就越大，所產(chǎn)生的高級(jí)像差越大，這會(huì)導(dǎo)致像差平衡困難。 3( $"q]Y
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4、對(duì)于寬光譜成像系統(tǒng)則必須考慮色差問(wèn)題，這就要求采用不同的光學(xué)材料組合，并且越是長(zhǎng)焦距系統(tǒng)，色差的影響就越嚴(yán)重，有的需要采用超低色散材料．如螢石等。只要是需要校正色差的光學(xué)系統(tǒng)，總要用到冕牌玻璃和火石玻璃的組合，通常在正光焦度的光組中，正透鏡用冕牌玻璃，負(fù)透鏡用火石玻璃；而在負(fù)光焦度的光組中，負(fù)透鏡用冕牌玻璃、正透鏡用火石玻璃。半導(dǎo)體光學(xué)材料在中遠(yuǎn)紅外光學(xué)系統(tǒng)中所起的作用也相當(dāng)于冕牌玻璃和火石玻璃。 }u+a<:pkK
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5、大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)如果要校正像面彎曲，只有正負(fù)光焦度分離這一種方法，可以采用彎月形厚透鏡或正負(fù)薄透鏡分離。 C.^Ven
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6、一些新技術(shù)應(yīng)用于成像光學(xué)系統(tǒng)會(huì)帶來(lái)意想不到的效果，如非球面的應(yīng)用可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并提高像質(zhì)。二元光學(xué)元件由于具有與常規(guī)元件完全不同的色差特性．在校正寬光譜色差方面表現(xiàn)優(yōu)異，這種元件也具有良好的熱像差特性，利用它可以使光學(xué)系統(tǒng)在較大的溫度范圍內(nèi)保持良好像質(zhì)。但新技術(shù)的應(yīng)用通常需要付出額外的代價(jià)，如成本提高、檢測(cè)困難、非球面公差更嚴(yán)重、二元面會(huì)產(chǎn)生多級(jí)衍射雜光等，因此在應(yīng)用時(shí)需要權(quán)衡利弊。
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