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光行天下 -> 光學(xué)設(shè)計(jì)及經(jīng)驗(yàn) -> 使用計(jì)算機(jī)繪圖之光學(xué)設(shè)計(jì) [點(diǎn)此返回論壇查看本帖完整版本]

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yazhuge

2006-07-18 10:22

使用計(jì)算機(jī)繪圖之光學(xué)設(shè)計(jì)

近十年來，計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為光學(xué)設(shè)計(jì)的主要工具。典型的工作包括完成光線追跡（ray tracing）、分析和系統(tǒng)描繪所繪制圖形等的數(shù)值計(jì)算。當(dāng)機(jī)器隨著每個新時代的來臨而變得愈來愈快時，對于特殊設(shè)計(jì)工作的時間需求將大大地減少，且允許多任務(wù)操作，但卻很少有明顯的延遲產(chǎn)生。這讓設(shè)計(jì)者可以修改一個系統(tǒng)，然后以單一操作即可直接看到圖形描繪的結(jié)果。各類視覺的設(shè)計(jì)方法將在此提出討論，諸如系統(tǒng)繪圖、關(guān)于實(shí)時（real time）產(chǎn)生的特性圖（plots）和允許光學(xué)設(shè)計(jì)者根據(jù)圖片來完成設(shè)計(jì)等。舉出三個范例：1.設(shè)計(jì)一個簡單的顯微鏡物鏡（microscope objective）的教育個別指導(dǎo)（tutorial）；2.由三個非球面反射鏡所組成的未摭檔反射式望遠(yuǎn)鏡（telescope）；3.有易進(jìn)入瞳（accessible pupil）的修改式Offner轉(zhuǎn)送

I. 簡介（Introduction）

本部分內(nèi)容設(shè)定了隱藏，需要回復(fù)后才能看到

yazhuge

2006-07-18 10:22

　在一個練習(xí)中，學(xué)生開始著手于顯示在圖1.中的系統(tǒng)，然后藉由改變第一個雙合透鏡中第一個表面的曲率來完成必須找到的最佳系統(tǒng)（即，從上面移四個滑動裝置）。假如有幫助的，然后加上失焦（defocus）。在每一個滑動裝置值的改變之后，系統(tǒng)描繪和橫向光線誤差圖將會更新，實(shí)時的顯示給使用者，什么樣的改變影響系統(tǒng)的效能。圖2.是這個練習(xí)的靜態(tài)描述，顯示四個橫向光線誤差圖：前三個為每一個曲率的改變之后，而第四個為加入一些失焦。注意，在繪圖3.和繪圖4.中有較小的刻度。
　　上面所述的，這個教學(xué)工具的一個重大的優(yōu)點(diǎn)就是學(xué)生不需要熟悉透鏡設(shè)計(jì)程序和要求輸入一個透鏡且產(chǎn)生圖的所有指令。所有需要的是開始著手于程序和宏程序的教學(xué)，然后是如何操作滑動裝置。藉由描述光學(xué)系統(tǒng)的效能如何在一個動態(tài)的、相互作用的環(huán)境中改變，因此重點(diǎn)放在揭示透鏡設(shè)計(jì)的觀念上。注意，移動圖片的額外尺寸強(qiáng)調(diào)這些改變傾向于比做一個個別繪圖的滑動顯示還要容易，例如，在靜態(tài)期刊論文中的那些描述在此。雖然僅一個單一參數(shù)的圖形優(yōu)化顯示這里，許多其它透鏡設(shè)計(jì)和幾何光學(xué)觀念可以教育工具來教導(dǎo)，例如上述的例子。最后，學(xué)生的回答是非常正確的。

圖2.　顯微鏡物鏡的計(jì)算機(jī)圖形優(yōu)化。軸上子午光線的光線誤差圖顯示第一個雙合透鏡的曲率改變。水平軸為正規(guī)化瞳（pupil）坐標(biāo)，而垂直軸為以mm為測量單位的光線誤差。在每一個圖中包括三個波長（紅、綠，和藍(lán)）。在繪圖4.中，加入失焦（defocus）。

III. 未摭擋三球面反射鏡望遠(yuǎn)鏡（Unobstructed Three-Spherical-Mirror Tele- scope）