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...