Optinen rakenne on alan optisen engineering, jonka tavoitteena on luoda, optimoida ja tuottaa optisten järjestelmien kuten tavoitteita , The nähtävyyksiä , The kaukoputki , The mikroskooppi , jne
Optinen suunnittelu perustuu ensisijaisesti geometrisen optiikan ja radiometrian lakeihin .
Optinen suunnittelu, joka kattaa koko optisen järjestelmän kehittämisprosessin, on optiikan ala, joka syntyi ensimmäisten optisten järjestelmien luomisesta. Hyvin myöhään XIX - luvulla , ne ovat kuitenkin vähemmän laskelmia kuin kokeelliset lähestymistavat, joita käytetään ja meniskilinssi Wollaston suunniteltiin täysin empiirisen lähestymistavan avulla. Syntymistä teoria poikkeavuuksien kehittämä Philipp Ludwig von Seidel, suunnittelu vähitellen kääntyi laskelma säilyttäen suuri osa kokeilua. Kunnes puolivälissä XX : nnen vuosisadan , optinen suunnittelu on vielä sekoitus kromosomipoikkeavuuksien teorian ray jäljittämiseen ja kokemusta.
Mekaanisia laskimia käytetään tuskin lainkaan: vuoteen 1940 saakka, se on helpompaa ja nopeampaa käyttää lukemattomia taulukot logaritmit suorittaa ray jäljittämiseen, jotka suorittavat laskutoimituksia koneen. Prosessi pysyy iteratiivisena, ensimmäinen malli tehdään Seidelin teoriaa pohjalta, prototyyppi valmistetaan, sen poikkeamat mitataan, sitten malli korjataan vastaavasti ja uusi prototyyppi käynnistetään. Useiden prototyyppien valmistaminen maksaa pitkään vähemmän kuin sijoittaa ylihinnoiteltuun tietokoneeseen.
Ensimmäinen optiseen laskentaan käytetty tietokone on vuodelta 1949, jolloin Charles Wynne Gorrie (vuonna) käynnistää säteen jäljityksen järjestelmäsuunnittelun yhteydessä: reitin laskeminen valmistui vasta järjestelmän toimittamisen jälkeen. Vuodesta 1957 Taylor, Taylor ja Hobson hankkivat Elliott Brothers -tietokoneen, joka oli omistettu säteiden jäljittämiselle, mutta pysyi tulevina vuosina ainoana optisena yrityksenä, jolla oli tällainen laite.
Tietokoneiden käytöstä ei tullut todellista demokratisoitumista ennen kuin ne olivat riittävän tehokkaita ja nopeita tarjotakseen edun "manuaaliseen" laskentaan verrattuna. kehitystä Levenbergin-Marquardt-algoritmin (tai Vaimeneva Least Squares "Moindre Carrés Amortis") on 1960-luvun puolivälissä todella kuluneeksi hetki, josta optinen suunnittelutyö tapahtuu olennaisesti tietokoneella.
Optisen suunnittelun lähtökohta on ominaisuuksien täydellinen määrittäminen, jotta optiikka täyttäisi vaatimukset tai tarpeen.
Optisesta näkökulmasta tekniset tiedot asettavat optisia rajoituksia:
ja käytännöt:
Järjestelmän aukko, polttoväli ja kenttä määrittävät käytetyn optisen järjestelmän tyypin. Optiikan osalta valitaan erilaiset ratkaisut halutun suorituskyvyn mukaan.
Yksinkertaisin optiikka, yksinkertainen linssi, johtaa kromatismiin käytetystä lasista riippumatta, samoin kuin geometriset poikkeamat, joten on harvinaista, että se toimii diffraktiorajalla .
Dubletti tekee mahdolliseksi huomattavasti vähentää tai poistaa chromatism samalla kun lisätään uusi diopterin (liimattavan dubletti), jonka avulla on mahdollista vähentää geometrinen poikkeavuuksia. Erityisesti akromaattinen dubletti mahdollistaa kromaattisten poikkeamien poistamisen käyttämällä kahta erilaista optista lasia. Kuorittu dubletti on parempi kuin sidottu dubletti geometristen poikkeamien kannalta, mutta se on vähemmän kestävä mekaanisille siirtymille kuin myös lämpölaajenemiselle.
Tripletti vähentää edelleen geometrinen poikkeavuuksia. Siksi sitä käytetään laajalti valokuvauksen optisissa järjestelmissä.
Samassa kokoonpanossa kenttätutkimuksen kanssa tässä ovat mainittujen eri optisten järjestelmien PSF : t:
Esimerkki OSLO: lla simuloidusta PSF: stä yksittäiselle linssille kentällä
Esimerkki PSL: stä, joka on simuloitu OSLO: lla kenttädubletille
Esimerkki OSLO: lla simuloidusta PSF: stä kentän tripletille
Optisen järjestelmän optimointi tapahtuu etsimällä ratkaisu samanaikaisesti minimoimalla kaikki järjestelmän (painotetut) poikkeamat . Tämä optimaalihaku käännetään matemaattisesti etsimällä globaalia minimiä moniulotteisessa tilassa .
Tämän tutkimuksen automatisoinnin aloittivat James G. Baker ja Feder, Wynne, Glatzel, Gray 1940-luvulla. Ennen tietokoneiden demokratisoitumista suurin osa laskelmista tehtiin käsin logaritmitaulukoiden ja trigonometrisen avulla.
Optisen järjestelmän sietokyky koostuu siitä, että järjestelmän suunnittelussa otetaan huomioon teollisen valmistuksen aikana esiintyvät viat. Tällöin otetaan huomioon kahden tyyppiset viat:
Optisiin laskeihin ja niiden kiillotukseen liittyvät viat:
Linssien sijaintiin liittyvät viat:
Ottaen huomioon kaikki fyysiset viat, jotka voivat vaikuttaa optiseen järjestelmään, voidaan vahvistaa teoreettisen mallin toteutettavuus ja järjestelmän vankkuus. Yleensä suvaitsevaisuus johtaa uuteen ratkaisun etsimiseen, jotta teoreettinen ratkaisu olisi vankempi tai sopivampi valmistusprosesseihin.
Muunnosten kestävyyden todentaminen voi tapahtua Monte-Carlo- laskennan muodossa, joka vastaa numeerista simulointia järjestelmän joukon vasteesta satunnaiselle vikayhdistelmälle toleranssille asetetuissa rajoissa.
Optinen suunnittelu tehdään pääasiassa erikoistuneilla ohjelmistoilla, jotka toimitetaan olemassa olevien järjestelmien kirjastojen kanssa, mikä mahdollistaa jo hyvin optimoitujen aloitusratkaisujen löytämisen.
Joitakin tekniikoita käytetään kuitenkin järjestelmien optiseen suunnitteluun:
Jotkut tärkeimmistä optisen suunnittelun ohjelmistoista ovat: