第三章對稱式目鏡優(yōu)化3.1曲率半徑優(yōu)化一般來說，透鏡組的全部結(jié)構(gòu)參數(shù)都可以作為優(yōu)化變參量與優(yōu)化，首先，通過優(yōu)化曲率半徑的途徑來提高像質(zhì)，對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行像質(zhì)評(píng)價(jià)。采用ZEMAX自動(dòng)優(yōu)化的方法：首先右擊第二個(gè)面的Radius，選中Variable，點(diǎn)擊Opt按鈕，選中其中的Automatic，對第一組曲率半徑進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化，觀察優(yōu)化結(jié)構(gòu)，與初始數(shù)據(jù)像差分析圖進(jìn)行比較，如果，光學(xué)系統(tǒng)得到優(yōu)化，則將該組曲率半徑固定，如果結(jié)果不盡如人意，則將保留原始數(shù)據(jù)。按照如此的思路，對本光學(xué)系統(tǒng)中出現(xiàn)的曲率半徑依次進(jìn)行優(yōu)化，最終得到曲率半徑優(yōu)化完成的參數(shù)，并對圖像進(jìn)行分析。得到的光學(xué)系統(tǒng)分析圖如下：6圖3.1曲率半徑優(yōu)化后MTF曲線圖圖3.2曲率半徑優(yōu)化后軸外細(xì)光束像差曲線圖3.3曲率半徑優(yōu)化后子午光束與弧矢光束垂軸像差曲線圖3.4曲率半徑優(yōu)化后點(diǎn)列圖由上述像差分析圖可知，經(jīng)過曲率半徑優(yōu)化，像差減小，光學(xué)系統(tǒng)得到完善，保留優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如表3.1所示：為進(jìn)一步改善光學(xué)系統(tǒng)，接下來進(jìn)行Thickness優(yōu)化。3.2Thickness優(yōu)化具體優(yōu)化過程不變，加入人為優(yōu)化的過程，優(yōu)化后得到的圖像如下：圖3.5Thickness優(yōu)化后MTF曲線圖圖3.6Thickness優(yōu)化后軸外細(xì)光束像差曲線圖3.7Thickness優(yōu)化后子午光束與弧矢光束垂軸像差曲線圖3.8Thickness優(yōu)化后點(diǎn)列圖經(jīng)分析比較，光學(xué)系統(tǒng)得到完善，符合設(shè)計(jì)要求，保留優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如表3.2所示：由圖分析得，像差沒有得到有效改善，未達(dá)到課程設(shè)計(jì)的要求，于是接下來進(jìn)行對Conic的優(yōu)化。3.3Conic優(yōu)化具體優(yōu)化過程如上，加入人為優(yōu)化的過程，優(yōu)化后得到的圖像如下：圖3.9Conic優(yōu)化后MTF曲線圖圖3.10Conic優(yōu)化后軸外細(xì)光束像差曲線圖3.11Conic優(yōu)化后子午光束與弧矢光束垂軸像差曲線圖3.12Conic優(yōu)化后點(diǎn)列圖3.4優(yōu)化后分析總結(jié)經(jīng)過對優(yōu)化后圖像的分析可知，光學(xué)系統(tǒng)的像差得到了一定的校正，優(yōu)化后的結(jié)果明顯優(yōu)于優(yōu)化前的結(jié)果，并且符合課程設(shè)計(jì)要求。優(yōu)化后的對稱式目鏡的參數(shù)如表3.2所示：第四章心得體會(huì)這學(xué)期有幸參加了光學(xué)設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)，通過學(xué)習(xí)體會(huì)到這門學(xué)科把基本的幾何光學(xué)理論與復(fù)雜的光學(xué)器件相互結(jié)合，并且靈巧的運(yùn)用了比較專業(yè)的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ZEMAX，系統(tǒng)地論述了“光學(xué)設(shè)計(jì)”課程的基本理論及設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)介紹了具有普遍意義的典型光學(xué)系統(tǒng)的有關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容，以闡明光學(xué)設(shè)計(jì)中帶有共性的問題。既檢驗(yàn)了我們對光學(xué)基本概念、基本定律、基本計(jì)算的掌握程度，又考驗(yàn)了我們開闊的思維及動(dòng)手能力，是具有比較實(shí)際意義的一門課程，這門課程結(jié)構(gòu)清晰，前一部分注重幾何光學(xué)像差理論的基礎(chǔ)知識(shí)，后一部分著重介紹光學(xué)設(shè)計(jì)，下面是我結(jié)合個(gè)人情況對這門課程的心得體會(huì)以及對老師在這門課教學(xué)方式和課程重點(diǎn)知識(shí)方面的一些建議：課程在前一部分主要介紹了幾何光學(xué)的基本概念基本定律、球面和平面系統(tǒng)、理想的光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)中光束限制及光能，可見重點(diǎn)偏重于幾何光學(xué)的基本知識(shí)，為以后的光學(xué)設(shè)計(jì)打基礎(chǔ)與光的電磁性質(zhì)關(guān)系不是很密切，這些基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)是對整個(gè)復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)起到至關(guān)重要的作用。中部主要關(guān)于像差理論做了詳細(xì)的講解，像差并非相差，主要介紹了球差、軸外像差、波像差以及基本光線的光路計(jì)算。這個(gè)部分更加實(shí)際一些，在基本理論上與實(shí)際現(xiàn)象相聯(lián)系依據(jù)基本計(jì)算給予普遍像差關(guān)系強(qiáng)有力的證明解釋，也為以后的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為鋪墊，因?yàn)橐恍┑湫偷墓鈱W(xué)系統(tǒng)都將圍繞著光路的傳播途徑以及像差色差的計(jì)算展開，在老師的教學(xué)中，更加清晰透徹的了解到光學(xué)系統(tǒng)之間的關(guān)系。當(dāng)我們在理論上做好充分準(zhǔn)備之后，就將付諸實(shí)踐去體會(huì)我們之前所學(xué)習(xí)了解到的知識(shí)如何在實(shí)際光學(xué)器件起到的作用，甚至是如何更具實(shí)際情況設(shè)計(jì)出一套自己所需要的光學(xué)系統(tǒng)。這門課程首先先介紹了一些比較典型的光學(xué)系統(tǒng)，從我們密不可分的眼睛成像系統(tǒng)再到我們?nèi)粘Ｋ玫娘@微鏡、望遠(yuǎn)鏡、攝影光學(xué)系統(tǒng)等等，我們可以更加系統(tǒng)并且更加帶有比較專業(yè)水平的眼光去分析這些系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及其成像原理，學(xué)習(xí)好這些基本傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)會(huì)為我們以后設(shè)計(jì)更加復(fù)雜的系統(tǒng)提供強(qiáng)有力的幫助。課程末，我們的學(xué)習(xí)也進(jìn)入了比較‘痛苦’的階段，畢竟我們還是對高端光學(xué)系統(tǒng)和復(fù)雜的光學(xué)結(jié)構(gòu)了解研究甚少，并且缺乏一些專業(yè)性的數(shù)學(xué)處理手段，只能在理論上去了解已經(jīng)成型的的復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)的工作原理，在數(shù)值計(jì)算上并不是十分占優(yōu)勢。那些特殊的光學(xué)系統(tǒng)及表面結(jié)構(gòu)要求我們熟練掌傅里葉變換、激光理論、旋轉(zhuǎn)理論等數(shù)學(xué)處理方法、并且學(xué)要一些專業(yè)性的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，其實(shí)市場上關(guān)于光學(xué)設(shè)計(jì)的軟件種類繁多，老師在上課的時(shí)候給我們介紹了ZEMAX的相關(guān)界面及其設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)候的相關(guān)操作。ZEMAX是一套綜合性的光學(xué)設(shè)計(jì)仿真軟件，它將實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念、優(yōu)化、分析、公差以及報(bào)表整合在一起。ZEMAX不只是透鏡設(shè)計(jì)軟件而已，更是全功能的光學(xué)設(shè)計(jì)分析軟件，具有直觀、功能強(qiáng)大、靈活、快速、容易使用等優(yōu)點(diǎn)，與其它軟件不同的是ZEMAX的CAD轉(zhuǎn)文件程序都是雙向的，如IGES、STEP、SAT等格式都可轉(zhuǎn)入及轉(zhuǎn)出。而且ZEMAX可仿真Sequential和Non-Sequential的成像系統(tǒng)和非成像系統(tǒng)，ZEMAX目前有：SE及EE兩種版本。ZEMAX可應(yīng)用的領(lǐng)域及范圍：傳統(tǒng)相機(jī)鏡頭、數(shù)位相機(jī)鏡頭，觀景窗…等鏡頭設(shè)計(jì)。像我一樣，很多同學(xué)也遇上了相同的麻煩，感覺光學(xué)設(shè)計(jì)這個(gè)東西很難，特別不好上手！主要原因在于光學(xué)設(shè)計(jì)這個(gè)軟件功能過于強(qiáng)大專業(yè)、資料繁多，當(dāng)然也是這款軟件于眾不同之處?？墒?，如果我們想了腳學(xué)習(xí)一下，就不知道干從什么地方下手。這個(gè)時(shí)候，我建議大家可以根據(jù)一些小的例子，一步一步的進(jìn)行，比如先了解整個(gè)軟件的界面和功能，然后知道如何添加原件，以及設(shè)定原件的各種參數(shù)，慢慢的加入光線等等，最后形成一個(gè)整套的系統(tǒng)，然后在根據(jù)使用手冊或者經(jīng)驗(yàn)壽命進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。其次，要有想法，這個(gè)解釋很簡單。我想，我們真正進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)的時(shí)候，都是希望我們的產(chǎn)品可以用在一個(gè)具體的環(huán)境中，發(fā)揮具體作用。那么，我們必須對和設(shè)計(jì)有關(guān)的東西很熟悉。尺寸，大小，光束的特點(diǎn)，實(shí)際加工的限制，對成像質(zhì)量的要求等等，這些其實(shí)都要在設(shè)計(jì)之前心里面有個(gè)數(shù)，不能盲目下手，這樣比較流暢的設(shè)計(jì)也會(huì)節(jié)省時(shí)間和精力。第三，軟件只是更加專業(yè)的工具，不能代替人的思想，不要什么都盲目的依靠軟件，否則會(huì)帶來很糟糕的設(shè)計(jì)結(jié)果。設(shè)計(jì)之前，除了要做好之前所說的，還要對一些具體的問題進(jìn)行計(jì)算，如醉簡單的，對光路的重要之處進(jìn)行高斯光學(xué)計(jì)算，或者加入實(shí)際問題的考慮等等。這樣，當(dāng)你用軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)檢驗(yàn)時(shí)，你就不會(huì)至于被動(dòng)，而是比較良好的運(yùn)用。知道哪個(gè)量應(yīng)該變成什么樣。要做到胸有成竹方能設(shè)計(jì)出自己心儀的光學(xué)系統(tǒng)。第四，軟件找一個(gè)自己用著習(xí)慣，比較熟悉的的就行。光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，說起來也不少，并且每一個(gè)都不是簡單的貨色。不過，只要將一種軟件使用得得心應(yīng)手即可，另外，軟件的功能強(qiáng)大，我們再設(shè)計(jì)中要依據(jù)實(shí)際情況與你想要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)而定，不需要學(xué)會(huì)所有的，只要自己所學(xué)的夠用，幫得上忙就行。第五，我們目前的基礎(chǔ)知識(shí)以及掌握的數(shù)學(xué)技巧并不夠?qū)I(yè)，我們必須多多交流，與很多在這方面有建樹的高人和光學(xué)設(shè)計(jì)人員虛心學(xué)習(xí)，努力創(chuàng)新，多加練習(xí)，熟能生巧，業(yè)精于勤。以上是我對這門課程的學(xué)習(xí)過程以及對ZEMAX這款軟件使用過程的心得體會(huì)與一點(diǎn)見解，希望老師看完后給與答復(fù)，以及在以后的學(xué)習(xí)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)中給予專業(yè)性的批評(píng)和指導(dǎo)。下面是我對著門課程的一點(diǎn)建議，希望老師能夠給予批評(píng)：通過自己切身在這門課程的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步對光學(xué)設(shè)計(jì)這門課的博大精深產(chǎn)生敬仰之情,而且對課程內(nèi)容安排銜接主次分明清晰透徹，教學(xué)方式采取理論設(shè)計(jì)及實(shí)際軟件演示使用，并且結(jié)合軟件分析講解了很多典型的光學(xué)系統(tǒng)，感到這門課程安排的恰到好處，更好的為我們從初出茅廬的幾何光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)初級(jí)階段到比較專業(yè)性的設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)鋪平了一跳初窺門徑的道路。但是，如果老師在教學(xué)方式或者是課程安排中能夠安排一些小的技巧或者添加減少一些小插曲，我想會(huì)更能站在學(xué)生立場幫助學(xué)生更加快速或是適合學(xué)生自己特點(diǎn)的掌握光學(xué)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)?？傊?，在本次設(shè)計(jì)中，我們學(xué)到的不只是光學(xué)上的一些知識(shí)，還學(xué)會(huì)了一種設(shè)計(jì)思路和接受新事物的能力的鍛煉。所以在進(jìn)行分析的過程中要保證自己計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，查找資料時(shí)都要有耐心，這樣才能確保順利完成任務(wù)。這次課程設(shè)計(jì)使我收獲很多，學(xué)會(huì)很多，比以往更有耐心。參考文獻(xiàn)［1］王學(xué)新，楊照金，武波，等.用2種光學(xué)設(shè)計(jì)軟件對像差特性進(jìn)行的研究[J].應(yīng)用光學(xué)，2006［2］劉鈞，高明.光學(xué)設(shè)計(jì)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006［3］林友苞.光學(xué)設(shè)計(jì)導(dǎo)論[M].北京：國防工業(yè)出版社，1960［4］郁道銀，談恒英.工程光學(xué)基礎(chǔ)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007［5］徐光華.ZEMAX程序功能的擴(kuò)展[J].光學(xué)技術(shù)，2005,(04):124-127［6］周麗華.目鏡的放大本領(lǐng)[J].長春師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2000,(05):21-26［7］袁旭滄編著.光學(xué)設(shè)計(jì).北京:北京理工大學(xué)出版社，1988:179-200［8］Optomechanicalandelectro-opticaldesignofindustri