光学设计过程及初始结构选择、建立

黄老邪

下面是有经验的光学设计者在完成特定设计任务时通常遵循的基本步骤。由于光学设计的内在复杂性，设计过程通常复杂而且很费时。

1、 研究指标

2、 选择起点

3、 建立变量和约束

4、 设置性能评价函数

5、 优化

6、 评价性能

7、 重复步骤3、5、6

8、 分解元件、修改玻璃、优化重复3、5、6

9、 如果指标仍不满足，请返回到第二步

10、 公差与误差预算

11、 光学制图、设计结构

12、 装配和检测

1、 设计过程的第一步是获得并研究所有技术指标，包括所有光学指标，如焦距、F/#、全视场、封装约束，性能目标、环境要求等等。

2、 选择一个有代表性的可行起点。

重点说一下起点的选择。

在任何可能的情况下，这个起点应该是最可能满足设计技术要求的结构。例如，如果要设计一个小视场、入瞳直径为5mm的F/10单色光镜头，则这个镜头很可能采用单个元件。然而，如果要求设计宽光谱段而全视场为40度的F/1.2镜头，则解很可能是6-7个元件的双高斯镜头形式。如果将单元件用于后者的设计起点，则根本不可能得到可行的结果。

以下是起点可行来源

（1）、使用专利

将现在的专利设计作为起点。有很多镜头专利资料，将专利的设计数据输入到计算机中，并用任何方式进行处理都是合法的。

建立专利系统的目的是为了促进发明和改革，该目的通过给发明人提供对发明的17年专有权以鼓励在专利中说明实现发明专利的方法。因此，实际上鼓励使用专利设计数据并对其进行处理、改进。其目的在于能提出更好的设计，那时，可以公布该改进设计并取得其专利。

照此哲学，发明人不断接受到挑战以改进发明，有效地促进了技术的发展。这就是专利的核心价值观，或者说核心作用。

认真使用专利应受到鼓励。

（2）、所谓的“混合”设计

还有可以使用所谓的“混合”设计。混合设计指结合两个或多个其他可行的设计以产生一个新的系统结构的设计方法。

“混合”设计，其实就是合理的拼接光路，以满足新的设计要求。说成“拼凑”光路，我觉得也不为过。

例如，一个中等视场的天塞镜头设计形式可以和前面的一个或多个强负光焦度无件结合而产生一个超广角镜头。

实际上，在组合光学系统中，天塞镜头使用的视场与其原有视场相似，负光焦度元件或元件组使光线弯折，从而覆盖更大的视场。

当然，也可以寻找和设计要求近似的原有设计本身，作为可行的起点，进行设计。

利用当今的计算机辅助设计软件，“从零开始”能应付诸如双胶合和三片型那样的简单系统；然而，对于更复杂的系统，可能会遇到问题，借助专利或其他资料得到起点可能会更好一些。