光学设计实战：从ZEMAX到公差分析

"光学设计人员的任务主要涉及从技术要求获取到设计优化、公差分析的整个流程。在设计过程中，他们需要选择合适的切入点，比如前期设计、专利研究和原始概念推导。接着，设定变量，如曲率半径、厚度、空气间隙和玻璃属性，并根据设计需求设置约束，如结构尺寸、光线角度和F数。利用光学设计软件，如ZEMAX，对设计方案进行优化。在评估结果后，不断调整设计参数，直至达到预期要求。如果设计不达标，可以通过改变元件数量、类型或调整公差来改进。最后，进行公差分析以预测因加工和装配产生的误差。光学设计实例主要展示了ZEMAX软件的使用，涵盖了从简单的单透镜到复杂的双高斯照相物镜设计，以及公差计算等环节。ZEMAX是一款由美国ZEMAX Development Corporation开发的综合性光学设计工具，支持序列性和非序列性系统的模拟，提供直观的用户界面和强大的优化功能。" 光学设计是一个复杂且精细的过程，它始于明确的技术需求，这可能包括成像质量、尺寸限制、光谱范围等。设计人员需要考虑各种因素，如光学元件的几何形状、材料选择以及系统性能。在确定了设计变量和约束后，现代光学设计通常依赖于计算机程序，如ZEMAX，来进行迭代优化。这个过程涉及对每个变量的微小变动进行敏感性分析，通过最小化残差平方和来寻找最佳设计。一旦找到潜在的设计解决方案，就需要对其进行反复验证和调整，确保它在实际制造和安装时能达到预期的性能。 ZEMAX软件提供了多种功能，包括系统设计、优化、分析、公差分析和文档管理。其两个不同版本满足不同级别的需求，其中EE版本包含了更多高级功能。软件支持序列性系统设计（成像系统）和非序列性系统设计（如照明和照明控制），大大拓宽了其应用范围。 公差分析是光学设计中的重要一环，因为实际制造和组装过程中难免存在误差。设计者需要预估这些误差对系统性能的影响，以确保即使在一定的制造公差范围内，光学系统仍能保持良好的工作状态。这通常涉及对透镜加工、机械结构和装校过程的深入理解。 光学设计实例，如在讲习班中所展示的，有助于深化对几何光学、像差理论和基本光学设计知识的理解。通过实际操作ZEMAX，学习者可以掌握如何运用这些理论知识解决具体问题，例如设计单透镜、双胶合透镜、非球面透镜以及更复杂的光学系统，如显微镜物镜和双高斯照相物镜。这些实例不仅强化了理论学习，还提供了实践经验，帮助光学设计人员提高技能，应对实际工程挑战。