光学设计王之江PPT课件

1、光学设计主讲人：王志刚上海光机器所，徐文，去年年底和王志刚老师一起讨论了在国内开始光学设计的研讨会，一天内王老师认真回答了这个任务。事实上，这种类型的研讨会已经在国际上非常普遍，经常与大规模学术会议一起举行各种相关专业技能出众的快速研讨会。现代社会的发展需要技术专家终身学习！王志刚老师的光学设计成果谁都看得见。早在20世纪60年代，科学出版社就出版了光学设计理论基础本书。本书全面总结了像差理论和图像质量评价理论，形成了全新的理论体系，奠定了中国特色光学设计的基石。我国从事光学设计的很多专家受益于王志刚先生及其早期长春光研究所同事们的富有成果的科学研究工作。今天，光学技术渗透到越来越多的领域，新类型的光学系统陆续出现，每年在世界范围内产生很多光学设计专利。随着光学设计软件的完成，一般系统可以通过简单的变异和移植完成。但是对于优秀的光学工程师来说，没有像差理论就没有生命力，没有像差理论的指导，在设计过程中选择和调整参数也是盲目的。本讲义通过从理论到实践的主要主题，介绍了使用光学设计理论和软件进行特定光学系统设计的例子。通过王老师的说明，我相信新时代光学工程师的设计水平将大大提高。到上海光照会成立40周年，回顾历史，展望未来，听取无数想法，听取大师的报告，真是幸运，可以享受一辈子的利益。朱熹的古语：问运河在哪里那么清澈，有没有源头矿泉水。人就是做学问的时候！2004年4月27日，1，光学设计和光学仪器开发历史光学系统的基本要求，地表高斯光学表面对射线偏置，光路计算，近轴射线，像差，物相关系，薄透镜，拉普拉斯不变，光管，传输耦合的基本条件，近轴光路计算，AAR像差理论球的球面差、球面差零点、球面差和折射率、一次球面差、正弦条件、色度差、透镜弯曲、主光、主光差、畸变、随机数、曲面弯曲、一次像差理论、像差和膜片移动、像差和物体移动为什么有各种结构的光学系统，例如望远镜、显微镜、摄影物镜、目镜、光刻物镜等？图像质量衍射、点扩散函数和像差、能量集中、分辨率、伪分辨率、光学传递函数、星点检查、杂光、杂光减少措施、重影图像。内容架构、2、光学设计软件的基本功能*成像质量的计算和分析：光学系统结构数据输入、光圈、视野、波长、曲面模型、玻璃表、玻璃模型、膜片、望远镜系统、Analysis中包含的项目计算、像差级别不要用其他方法分析*结构优化：变量选择、优化目标函数选择、内部目标函数转移、边界条件限制、Tools和Solves的作用、优化过程更改方法。全局优化。*计算公差、内定公差的初始值、初值修改、公差计算、根据每个变量的灵敏度修改公差、公差松弛度、公差和成本、机械固定和安装原则、美国标准、ISO设计示例单镜头：焦距控制、视野选择、目标选择。色差透镜组：色差和玻璃，像差校正的可能性。非球面单镜头：优化阶段的影响。LensView光学系统分类，浏览。高倍率显微镜物镜：从专利开始，修改内容目标函数，边界条件。双高斯物镜：从专利开始，变量的变化，将玻璃作为变量。，3，参考，R. kins lake，lensdesignfundamental，1978.r. kins lake，opticalsystems design，1983，academic这个100岁的老人去年去世了，他是A.E.Conrady的学生，从上世纪30年代开始被邀请到美国，美国的光学产业大体上是由他的学生发展的。M. laikin，lens design，1991，marchldekkr。有很实用的多种光学系统设计，有新版本。R.e. fischer、optiicalsystems design、2000、mcgrawhill。这个人从20世纪80年代到现在在像SPIEPhotonicsWest这样的会议上谈论了ShortCourses 光学设计，这本书属于本教材。光学，1966年，科学出版部，可能的问题。这本书能激励人们认真思考。张某，应用光学，机械工业出版社，中国大学教科书王志强，光学设计理论基础，1985，科学出版社。这本教材的公式是从这本书里拿来的。4，光学设计方法根据工具的更新改变脸。使用电子计算机之前的方法统称为“手工”谢尔法。当时主要是通过跟踪光线、计算像差和更改结构参数以接近使用要求来设计的。由于电子计算机的使用，光学系统(尤其是复杂系统)的分析和计算得到了进一步的改进，光学自动设计逐渐发展。任何光学系统都不可能理想地校准所有各种像差。因此，在设计时，我们必须根据像差理论对系统提出尽可能合理的像差要求。使用电子计算机自动设计也很重要。使用优化技术平衡光学系统的像差时，如果提出了过多的要求，同时提出了矛盾的要求(例如正弦条件和虚塞条件)，就会产生自动平衡不良的“病态”方程。用于自动设计光学系统的电子计算机在70年代倾向于使用大型机，在80年代倾向于改用计算机。这当然是为了节省设计成本，说明设计过程需要多次手动操作，这种“干预”过程无疑是设计者利用像差理论和设计经验的过程。这将是光学设计者偏爱计算机，没有真正成功的光学CAD软件出现的证据。光学设计方法，5，总结，光学设计方法是根据使用要求提出光学系统设计要求，消除光学中的“不可能”要求(“手动”完成)。使用高斯光学理论(大部分设计为“手动”)提供了高斯结构。保持主要和实际像差的平衡，使系统剩余像差达到容差(通常通过优化技术在电子计算机上完成)。公差计算和图示光学系统图、零件图(可在电子计算机上完成)。6，8，为光学系统设计者提供的广泛而有用的入门指南：概念，遵循这些概念合理转换为开发中的实际系统的设计，不要关注一些术语或常用的“术语”数学公式及其详细推导。相反，重视对设计和工程过程的理解的光学设计不仅需要考虑基本概念设计和理论，还需要考虑可制造性和可测试性能力。光学设计的基本观点指南，7，16，17世纪：伽利略、牛顿、惠更斯时代已经有望远镜、显微镜、目镜等原型，主要有经验。19世纪：像差理论、设计方法、衍射成像理论趋于成熟。shot ott工厂，saydel，abbe，Zeiss工厂，用光学设计创建光学器件的德国，世界将近100年。20世纪：40年代开始使用机器电脑。1946年电子计算机Eniac，20世纪50年代的光路计算、分析，60年代的“自动平衡”(优化)计划，80年代的一般使用优化计划，美国商业程序光学设计理论的作用合理的初始结构选择，设计指标，尽可能少用光来判断现状，初始要求是否合理，可能是不可能的判断修正方向通过德国、美国、英国、日本、俄罗斯简介detector、波段、激光扩展应用领域。中国光学仪器历史，光学设计和光学仪器历史，8，10，要考虑的主题，光学系统要求和技术规范成像基本异常成像和像差，因此分析图像损伤基本系统一些有用的基本公式光学系统的像差和最小化方法，彗星差分，散射，场歌，散焦，和分量光学系统配置3354透镜和镜组玻璃材料选择光学设计过程性能计算高斯光束成像激光系统的红外波段光学系统，11，具有光学系统的基本要求，提供理想图像质量的性能，足够区分视线中最小尺寸的特定物体，应足够配置漫反射元素大小和探测器的像素大小匹配有效孔径和透射率设计要求，满足设计形态选择搜索系统、红外系统的膜片等所需性能的特定技术要求最小大小/成本/重量/环境影响，10，光学系统技术基本要求“Objectdistance(距离)”“Imageformats(图像类型)”“Imagedistance(图像距离)”“Configuration(结构)” 机械和包装要求Length(长度)_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _图像质量要求detector type _ _ _ _ _ _ _ _ _ _检测器类型中=_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _=_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ spectrates _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Encircledenergy(能量中心图)_ _ _ _ 特定要求Centralobscuration(中心阻塞)_ _ _ _ _ _ _Environment(环境):Offaxisrejection _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Illuminationprofile(IR系统要求Narcissus_ _ _ _ _扫描噪音_ _ _ _ _Magnification(在其他系统