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光学设计的沉迷与爱恋 ——光学设计何处去 《Whither Optical Design? 》 原文作者 Douglas C. Sinclair 发表于 Optics and Photonics New s, June 2000 由 张靖 翻译，仅供学习参考，谢绝转载。 20世纪可能见证了传统镜头设计的生与灭。我所指的传统镜头设计是平衡共轴球面系统的象差，获得尽可能好的象质。在传统的镜头设计中，物理光学仅仅提供了优化终点的条件。一旦达到瑞利极限，这个设计就足够好了。 直到最近，典型的光学系统的尺度仍比波长长很多。几何光学的专业人士采用象差和光线的概念研究折射，物理光学方面的专业人士则使用波的概念来研究成像，两者并没有多少共同之处。现在的技术人员谈论光的波长，相比起他们设计的光学系统，并不像以前的人认为的那么短了。与此同时，跨越几何光学和物理光学领域进行设计的人却十分少有。我们拥有工具，可以处理比以前更大范围，更令人感兴趣的问题，但是真正知道如何使用这些工具的人越来越少。大概二十年前，Warren Smith写了一篇名为“镜头设计师的消失”的文章。今天，可以越来越强烈的感觉到专家级镜头设计人员数量减少的问题。 上个世纪初，传统镜头设计的数学，物理框架已经建立得比较完备。早期的设计，如消色差胶合透镜，Petzval镜头已经被发展的很好了。但是，直到 20世纪的前半，镜头设计的理论与实践才真正建立，主要是在欧洲。 到了计算机出现的1950年，今天使用的基本镜头设计形式已经发展完备。Cook式的三片镜，Petzval镜头和双高斯镜头直到今天还广为使用，当然具体的结构形式经由计算机优化而略有调整，这一事实是对当年的发明者工作的最佳肯定。当然，现代光学系统中也出现了一些全新的结构形式。渐变折射率透镜，衍射透镜以及普遍使用的变焦镜头早已为人知，但直到 20世纪下半才发展完备。采用计算机优化，使得今天的镜头可以更加复杂。有意思的是，大多数镜头的结构或多或少的遵循了传统的设计准则，这一点并不令人惊讶。现在的平版印刷镜头就是一个典型。平版印刷镜头通常拥有纳米级的畸变象差容限，极高的照明和波前质量要求。这种镜头是递进发展中的一个重要环节--设计这种镜头用以制造更快的芯片，更快的芯片用以优化下一代的平版印刷镜头。从另一方面看，这种镜头是 double-humped Gauss lenses这种典型结构的一种衍生结构。 激光和计算机这两个上世纪中期的发明，极大的拓展了光学设计的视野，以至传统意义上的光学设计被推至一个次...