非球面光学系统设计：自动优化与OTF计算

"该FORTRAN程序适用于包含非球面的光学系统设计，提供全面的自动设计和OTF计算功能，适合在微机上运行。程序采用复合优化思想，具有病态处理新方法，并实现了自动设计与OTF评价的集成，以及与传统设计工具的兼容。程序由模块化子程序构成，支持多种光学设计任务，如光阑倒描、像差计算、自动设计、OTF计算等。复合优化策略通过结合适应法和阻尼最小二乘法，解决了适应法在像差相关问题上的局限性。" 这篇文档介绍了一个用于光学系统设计的FORTRAN程序，尤其强调了其在处理非球面光学组件时的能力。程序能够处理球面和非球面光学系统的设计，具备自动设计和光学传递函数(OTF)计算等功能，使得整个设计过程可以在个人计算机上完成。设计过程中，程序采用了一种复合优化的方法，即以适应法为主，辅以阻尼最小二乘法，来解决可能出现的病态问题，确保优化过程的顺利进行。此外，程序的模块化设计使其易于使用和与传统设计工具集成。 在光学系统设计中，引入非球面元素是为了简化结构并提高光能集中程度，以达到衍射极限的光线弥散范围。程序能够自动优化球面并转化为非球面，同时优化非球面参数，以最少的非球面数量和最简单的结构获得最佳光学性能。 程序的主要功能包括光阑倒描（分析光阑对成像的影响）、像差计算（评估光学系统的成像质量）、焦距缩放和交换、透镜弯曲控制、渐晕和通光口径计算、光焦度分配、透镜和透镜组的焦距和顶焦距计算、自动设计、分段计算与分段自动设计、点列图计算（分析光斑分布）、OTF计算（评估系统频率响应）以及离焦OTF计算（研究不同焦深下的成像质量）。此外，用户还可以自由修改参数进行辅助计算。 在优化策略方面，程序通过子午光束和孤矢光束的垂轴像差曲线进行数值积分，构建特定的优化指标，这有助于在优化过程中平衡不同视场点的像差，从而提高整体成像质量。这种方法克服了单纯适应法在面对像差相关问题时可能遇到的困难，提高了设计效率和结果的可靠性。 这个FORTRAN程序为光学设计师提供了一个强大且灵活的工具，不仅适用于非球面光学系统的设计，还具备全面的自动设计和性能评估功能，适应现代光学系统设计的需求。