第2章光学设计试题.ppt

第二章?光学自动设计原理和程序 没有计算机时代：人工校正像差 对光学系统两方面的要求:光学特性和成像质量 对光学系统两方面的要求:光学特性和成像质量 第二类参数统称为像差。设计一个光学系统就是在满足系统全部要求的前提下，确定系统的结构参数。 适应法程序 当方程式的个数m小于自变量个数n时， 方程组是一个不定方程组有无穷多组解，选解向量的模为最小的那组解，在满足像差线性方程组的条件下，求极小值解。 在满足像差线性方程组的条件下，求 的极小值解。把像差线性方程组作为一个约束方程组，求函数 的极小值。 构造一个拉格朗日函数L 多元函数的无约束极值条件为L=0 阻尼最小二乘法程序 当像差数大于自变量数的情形 mn 这时方程组是一个超定方程组，它不存在满足所有方程式的准确解，求它的近似解——最小二乘解 定义一个函数组 要使（ ）非奇异，则要求方程组的系数矩阵A不产生列相关。即像差线性方程组中不存在自变量相关。 把这个新系统作为新的原始系统，重新建立像差线性方程组，这样不断重复直到评价函数不再下降为止。采用上述求解方法的光学自动设计称为“阻尼最小二乘法”。 边界条件 （1）正透镜的最小边缘厚度、负透镜的最小中心厚度和透镜间的最小空气间隔dmin。 （2）每个面上光线的最大投射高Hmax。 （3）玻璃光学常数的限制。 自变量 （1）单个结构参数作为自变量 （2）非球面系数 （3）两个结构参数构成的结组变量 （4）组合变量整体弯曲 像差参数的选定：一共有48种像差可供选择 典型光学设计软件介绍 国内实用软件 SOD88---北京理工大学研制 GOLD---北京理工大学研制 CIOES---长春光机所研制 SOD88软件包 (1)几何像差计算和图形输出 SOD88软件包 （5）公差分析计算：软件包所提供的公差分析计算功能以给定的若干条光线的垂轴像差平方和作为系统的质量指标,根据使用者给出的系统类型、要求精度等数据,按一定规律对曲率、厚度或间隔、面偏角分配一组公差,然后用MonteCarlo法对指定公差内一定数量的产品进行模拟的随机抽样检验,得到以当前公差生产时预期的良品率,然后重复此过程,直到公差和良品率达到最合理的匹配为止。 SOD88软件包 除以上功能以外,软件包还提供了出图计算功能,可以计算出绘制光学图纸时所需要的数据。软件包还可绘制光学传递函数曲线图和点列图,供使用者选择。 GOLD （1）光线追迹和像差分析。该软件可以追迹使用者指定的任意一条光线，并根据要求用数字或图形输出其在光学系统中的轨迹；可以计算系统的三级像差和实际像差并绘出像差曲线；可以用普通多项式或泽尼克(Zernike)多项式表示出瞳波面的波像差并验检该多项式拟合的精度。 GOLD 2）系统结构的阻尼最小二乘法优化设计。GOLD软件的优化计算可采用传统的几何像差平方和或建立在衍射理论基础上的像质指标做为评价函数；可选取复杂光学系统中任何种类的结构参数做为优化变量；可方便地处理多重结构系统、折反射系统、对称系统中常遇到的关联参数问题；可按要求控制系统的焦距、后工作距、放大率和其它各种高斯光学参量，以及三级像差系数、镜片中心及边缘厚度、系统总长、玻璃变化区域等等；可在每一迭代中自动选取最佳像面位置；亦可自动寻找最佳阻尼因子和自变量空间解向量的最佳长度。 GOLD （3）像质指标计算和其它系统分析。可以对各种复杂光学系统计算点列图、点扩散函数和光学传递函数等各项像质指标，可根据要求用数字或图形输出计算结果；并提供了对鬼像和红外扫描成像系统中冷反射(Narcissus)的分析和控制手段。 GOLD （4）各种加工辅助功能。包括光学面有效通光口径的估算；加工公差的自动分配；光学元件加工图纸的自动绘制；衍射光学元件加工掩模版的自动设计等。 CIOES CIOES是一套常用的光学设计软件系统。其特点是密切结合光学系统设计实践与特点，集长春光机所几十年光学设计之经验。软件功能包括光学系统初始结构的设定、像差分析、自动设计、像质评价、加工公差的估算、样板的匹配等。它通过图形显示、菜单技术、人机对话等方式把光学设计各阶段联系起来。另外，长春光机所还研制出了COLDB光学镜头数据库，包含有中、美、日、苏、英、法等国镜头2150个以及国内外十个厂家的无色玻璃数据1200种 国外著名软件 CODE V CODE V是美国ORA公司研制的具有国际领先水平的大型光学工程软件，是目前世界上分析功能最全、优化功能最强的光学软件。 CODE V具有十分强大的优化设计能力。软件中优化计算的