想要成为一个光学设计工程师要有的基本素质和理论基础是 ...

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天八部饶gc 发表于 2023-3-2 10:36:13 | 显示全部楼层 |阅读模式
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六月清晨搅 发表于 2023-3-2 10:37:03 | 显示全部楼层
看看这篇文章,做了一些总结,希望能帮到各位。
光学设计经验法则有光学设计方面的问题,欢迎大家咨询。
光学设计结构除了找初始结构,经验丰富的设计师能够依赖自己的丰富经验从无到有生成初始结构。有经验的设计师往往能根据需求方提出的像质要求,在了解镜头焦距、孔径以及视场等参数的前提下,决定采用简单结构还是复杂结构,大致需要几组、几片透镜,正、负透镜如何组合,光焦度如何分配,能够大致搭建光学系统架构并根据色差校正的基本原理提出初步的透镜材料搭配方案,然后将初步搭建的光学系统架构输入光学系统设计软件(如ZEMAX、CODEV等),根据二维图中显示的结构与光线走向再手工修改参数,光线没有明显错乱,并能达到像平面后就可以编写优化操作数进入优化步骤,优化过程中再根据像质变化情况施加人工干预直到设计结构满足设计要求。

想要成为一个光学设计工程师要有的基本素质和理论基础是 ...-1.jpg
这里总结一些常用的经验法则:
1、对同一类型的光学系统,如果不采用特殊面型的话,像质要求与系统复杂程度密切相关。
2、通常需要采用正负光焦度透镜组合来校正像差,如果对像质有一定的要求,就不要寄希望于仅使用若干正透镜或者负透镜,除非是如聚光镜那样的照明系统或对特定位置成完善像的齐明透镜系统。
3、每个光学表面不要承担太大的光焦度.即光线在各透镜表面上的偏角不要太大,光线与光轴的夹角不要大起大落。因为光线在表面上的偏角越大,该表面的相对孔径也就越大,所产生的高级像差越大,这会导致像差平衡困难。
4、对于宽光谱成像系统则必须考虑色差问题,这就要求采用不同的光学材料组合,并且越是长焦距系统,色差的影响就越严重,有的需要采用超低色散材料.如萤石等。只要是需要校正色差的光学系统,总要用到冕牌玻璃和火石玻璃的组合,通常在正光焦度的光组中,正透镜用冕牌玻璃,负透镜用火石玻璃;而在负光焦度的光组中,负透镜用冕牌玻璃、正透镜用火石玻璃。半导体光学材料在中远红外光学系统中所起的作用也相当于冕牌玻璃和火石玻璃。

红外光学材料锗的特性
5、大视场光学系统如果要校正像面弯曲,只有正负光焦度分离这一种方法,可以采用弯月形厚透镜或正负薄透镜分离。
6、一些新技术应用于成像光学系统会带来意想不到的效果,如非球面的应用可以大大简化系统的结构,并提高像质。二元光学元件由于具有与常规元件完全不同的色差特性.在校正宽光谱色差方面表现优异,这种元件也具有良好的热像差特性,利用它可以使光学系统在较大的温度范围内保持良好像质。

衍射光学透镜的特点
但新技术的应用通常需要付出额外的代价,如成本提高、检测困难、非球面公差更严重、二元面会产生多级衍射杂光等,因此在应用时需要权衡利弊。
祝大家国庆快乐!
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17773728420 发表于 2023-3-2 10:37:13 | 显示全部楼层
最重要的是耐心以及设计遇到瓶颈不会有砸电脑的冲动
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optkt 发表于 2023-3-2 10:37:28 | 显示全部楼层
和客户的交流能力,对设计要求的合理性判断能力,像差校正手段,公差分配技巧,以及对冷加工工艺的了解。
光学设计是否成功,重要的是光路设计的两端,是否控制的好:最初的交流是否顺畅、有效,最后的加工验证是否成功。
掌握理论、软件,这是再基本不过的技能了。只掌握这些,并不能认为已学会光学设计了。
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蓝色妖姬2017 发表于 2023-3-2 10:37:40 | 显示全部楼层
先说一下,光学设计师是个很好的职业,只要你能HOLD住。
应用光学是首选,应用光学有讲像差理论,这个是关键
再就是说基本素质,其实也是做为一个工程师的基本素质
因为光学设计,是个漫长的过程
比如说显微镜物镜的设计吧
你很精通应用光学,很精通相应软件,离设计还差很远
你还得懂光学冷加工工艺
还得了解行业基本知识
。。。。。。
这个漫长过程,还包括,即使你设计了一款镜头,比如5片镜片,那需要做磨具,做光学样板,再加上光学冷加工,镀膜,最后完成,一般几个月
你还得配上机械结构
最后装调好后,一般出现两个情况,符合设计,或者不符合设计
符合设计的话,恭喜你,但是现在只是试造,还有做小批量的生产,还有大批量的生产,都可能有潜在的问题存在
如果不符合设计,你就惨了,看你自己找问题的能力了
。。。。。。
在你工作了10年,也许设计的就那几款镜头
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123457067 发表于 2023-3-2 10:37:48 | 显示全部楼层
谢邀。
本人还是在校的本科生,如果回答有不妥之处还请指正~~ ^_^
有些人把照明设计也算做光学设计,这方面我不了解,等大神来回答吧。
=========================我是分割线==================================
    这个问题太大了,我尽量由浅入深来回答吧。
    首先当然是几何(应用)光学的知识。近轴光各参数的计算、光路计算、初级像差的概念、几种基本光学结构、PW法、像质评价等等,课本上的内容我就不多讲了。然后如果有志与从事光学设计行业的话,一些比较复杂的光学系统应该也是要了解一下的。
    然后要熟悉 Zemax 或者类似的 CodeV 等光学设计软件。现代复杂的光学设计都是在这种成熟的软件环境中进行的,手工计算几乎不可能。我所谓的熟悉就是独立完成几项光学设计,包括但不限于参数的修改、生成的图表和像差参数的阅读、像差的修正等。像我们学校的话,本科生只要完成几何光学层面上的设计就可以了。光学设计的话,找一个靠谱的光学结构作为基础进行设计。此外,懂得查找文献专利、懂得如何正确使用 google,学好英语等都是老生常谈了。
     必须要说明的是,光学设计需要的知识涵盖了光机电三个学科的方方面面,一个成熟的工程师肯定要尽量面面俱到。但是对大多数本科生来说,光学涉及大量的数理知识,“跳级”学习并不容易。个人建议还是一步步来。
    接下来是电动力学,有些学校可能没有,或者叫做电磁学。这是一门比较抽象的理论课,主要是为了学习接下物理光学等专业课程打基础,不多说。
    再然后是物理光学和激光原理的内容。物理光学应该是光学专业最重要的课程了,你用 zemax 的话就会发现里面有不少参数设置跟物理光学有关的。激光原理则是要熟悉高斯光束的原理应用,毕竟激光光学是光学实验的基础。而要学习好这两门课程,数学知识是必不可少的,包括但不限于微积分、线性代数、数理方程。
    最后是关注最新的科研进展。我对光学设计不感兴趣,但是我比较关注近年来 Ray Tracing 技术的大规模应用。当时我们一个大牛老师就说过,不懂光线追踪应用光学就白学了。当然,我还是默默地去填计算机图形学和图像处理算法的大坑吧。
    最后的最后,很俗气地送一句话:有志者事竟成。祝好。
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