光学规划-导论

　　依照知乎的特色，首要解说什么是光学规划，然后再打开光学规划的介绍与学习。

　　从体系论的视点了解，光学规划是依据一个给定的输入和一个要求的输出，运用光学原理和相关学科常识，经过规划、优化、测验、重复等进程，统筹考虑人、机、料、法、环等要素，给出一个能够满意要求的高性价比体系。

　　从产品的视点了解，光学规划是针对某一个清晰或不清晰的光学需求，经过光学规划师与客户的交流、评论与互相退让，终究达到一致，构成满意需求的可量化可丈量的光学目标，然后据此打开包含光学透镜、结构、尺度、分量、价格、工期、工艺、材料、强度、温度等等要素在内规划作业，终究构成满意要求的光学体系。

　　光学原理分：成像光学体系、非成像光学体系、激光光学体系、丈量光学体系等。

　　运用规模很广，这个应该众所周知。可是也是个小众专业，这个应该也是业界一致。

　　上面从广义的视点进行了光学规划的了解，给出了广义层面的界说、分类与运用。

　　狭义上，光学规划与镜头规划互相通用，也是职业界运用比较多的说法。狭义上，光学规划，或者说镜头规划，是运用透光材料（光学玻璃、红外晶体等）的光学特性，依据光学原理，运用专用光学软件，结合光学规划师自己的常识与经历，进行的光学体系规划作业，经过对像差、像质、照度等的迭代优化规划，得到满意要去的光学体系。

　　光学软件是光学规划的东西，是依据光学原理、数学物理原理等，经过核算机代码的方式供给的产品，满意光学规划师的作业需求。

　　和其它领域的软件相同，光学软件的开展也是跟着核算机的开展而逐渐开展起来的。最早，光学规划是一门门槛很高的学科，在核算机没有遍及的年代，需求专门的核算组进行光线的追迹核算。核算机呈现后，贵重的价格和专用的光学核算软件，将大部分工程师拦在了光学规划的围墙外。现在，核算机的核算才能飞速开展，商业软件品种繁复，各有特色，光学规划才能现已作为一种光学专业的根本才能而存在，各行各业的工程师们都能够借助于光学规划软件进行或简略或杂乱的光学规划作业。

　　在狭义的光学规划规模内，首要运用的光学规划软件有：成像光学规划软件ZEMAX、Code V、OLSO等，以上三款软件是国内运用比较遍及的。

　　ZEMAX因为价格便宜，一起进入国内的时刻早，运用规模最为广泛。ZEMAX比较好的方面是材料的开放性好，能够运用最新的光学玻璃库或其它丈量出来的光学材料，无热化功用做的比较便利，信任工程方面作业较多的同仁会有同感。别的许多ZEMAX运用者也表明ZEMAX让规划师有掌控的感觉，能够在自己的意图下渐渐优化。

　　ZEMAX缺陷是优化算法几十年如一日，更新程度不大，导致在优化速率以及发现新结构方面功率低下，特别是体系稍一杂乱，比方像变焦体系、十几片以上的透镜体系等，优化时刻需求的很长。

　　Code V优化才能强壮，优化算法继续更新，归于现在国际上最优异的光学规划软件。价格贵重，不过众所周知的原因，运用的人也许多。Code V寻觅新结构的才能能够配得上无以伦比。大局优化算法轻视其它光学规划软件。新版别优化算法不断改进，连续增加了Step优化功用、公役优化功用等，真是不能给更多赞了。

　　提到Code V就不由得吐槽一下其槽糕的光学材料库，比较于ZEMAX的开放性，其封闭性强，导致国内成都光亮、新华光等最新的玻璃运用比较费事。当然也不是不能解决，运用私有玻璃

　　OLSO软件仅只试玩过，现在没有运用它做过实践产品。其商场方位比较为难，根本上功能在上面两个软件的中心，价格也在两个中心，加上国内推行力度也不行，运用者较少。OLSO软件二次开发才能较强，合适于光学规划高手运用，现在在美国、欧洲规模内运用较广。

　　最终说一句，光学软件真是东西，真实的魂灵仍是规划师。笔者曾见过光学规划领域的大师专家级人物，尽管运用ZEMAX软件，可是规划功率以及规划成果好的令人发指，可见要害仍是光学规划的常识与经历。深入的了解能够带来简练强壮的光学体系。

　　非成像光学规划软件有LightTools、TracePro、ASAP、Fred等通用光线追迹软件，以及LucidShape等车灯照明软件、Rsoft等微纳光学软件、VirtualLab等激光类软件等等。也有能够作为插件在结构规划软件SolidWorks、Pro/E中运用的软件，比方OptisWorks等。也有光机热协同剖析的软件，比方COMET软件等。感爱好的能够网上检查相关材料，都是些软件介绍，就不打开论说了。

　　能够看到，光学尽管是小众专业，可是从其领域内的专业软件数量来说，也是个“大专业”。

　　几许光学领域：ZEMAX/Code V、LightTools/TracePro/ASAP/Fred两大类中各选1款软件就能够满意日常规划要求。一旦1款软件把握了，运用同类型的软件也会很快，后期依据作业需求渐渐跟进学习即可。偏结构的工程师能够测验一下OptisWorks软件等。

　　物理光学领域：在几许光学仿真软件的品种上，依据研讨领域挑选学习Rsoft、VirtualLab、FDTD、OptiWave等软件。

　　工程领域：除以上几许和物理仿真软件外，需求进行光机热协同剖析，需求运用结构规划软件、有限元剖析软件、动力学剖析软件、科学核算软件、协同仿真渠道等。现在协同软件Comet在国内推行作业做得不错，不过因为价格贵重，也只需不差钱的体系内研讨所买得起。

　　光学体系根本参数，首要是想介绍一下光学一阶参数，归于几许光学的领域，公式有点费事就不贴了，能够找一本几许光学教材学习学习。

　　1）光线：几许光学对光做了假定，存在光线的概念，许多光线构成光线束。从动摇光学的理论动身，光线是光波的法线，光线束便是法线束。现在在成像光学软件的像差核算中运用光线的界说，进行光线追迹核算像差。非成像光学软件比方LightTools等，更是依靠光线的概念进行杂光、照明等规划与剖析。

　　曾有职业大牛半仔细半开玩笑说过，光学规划入门，条件只需知道这三个概念，根本上及能够了。虽归于玩笑话，不过细思也有必定道理，至少几许光学规模内根本正确。当然，从概括演绎的视点了解，一个原理就能够了，即----费马原理。费马原理的提出有哲学理念在里面，后来能够从电磁理论给出解说。

　　旁轴光学体系：这个略微烦琐两句，旁轴光学体系在核算非球面特别是自在曲面等非常规成像光学体系的焦距时比较有用。这点上ZEMAX做的比较好，Code V稍差。

　　符号规矩：也烦琐两句，光学规划中，上来首要要搞了解软件选用的符号规矩，后边了解概念以及建立光学体系模型会比较简略。

　　下面图中给出了有用焦距和后焦距的差异与联络。也给出了节点和节点平面的示意图。

　　这部分给出光学规划的过程，其间我认为有三个阶段：需求清晰和参数确认阶段；初始结构获取及光学规划优化；光学加工装调检测等工艺可行性剖析。

　　着重一点（归于个人观点），光学规划的意图是在最低本钱下最大程序满意产品功能需求，所以主张警觉过度规划的倾向，当然欠规划的状况是有必要防止的。

　　一个好的光学规划的规范：像质满意要求（留意，不是像质好或像质完美，是满意需求）、本钱低、工艺老练简略、合适批量、强度高、温度湿度习惯等环境习惯性强等。

　　工程光学-郁道银（这个版别运用光学运用的是张以谟运用光学的蓝本，不过书中过错较多，特别公式部分。天大的不要拍我^-^）

　　光学规划-北理工袁旭沧版（我的光学规划入门教材，当年一切的像差公式悉数推导了一遍，获益匪浅）

　　其它，国内现在有1本翻译教材(照明工程：非成像光学)，1本自编教材（非成像光学规划），有爱好能够买来看看。我没有看过，书的好坏不知。

　　物理光学的相关教材（物理光学-梁铨廷、物理光学-谢敬辉版、物理光学与运用光学-石顺祥版等）

　　最终：光学方面的教材国内国外都有非常好的教材。我这儿列出的首要是我了解的，不代表其它。实践上，任何一本国内国外大牛写的教材，只需仔仔细细研读，都会有收成，会有精进。