光学计算机辅助设计

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计算机辅助光学设计codeV--资料共97页

计算机辅助光学设计codeV--资料
1、最灵繁的人也看不见பைடு நூலகம்己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根

计算机辅助设计光学镜头基本结构

AutoCAD平台的基础上对常用光学镜头基本结构进行参数化和模块化自动设计。根据光学系统外形尺寸可以一次性设计出结构装配图,而且可以从装配图方便地分离零件图。以下是我整理的关于计算机辅助设计光学镜头基本结构，希望大家认真阅读!

一、引言

计算机辅助设计技术早已应用到镜头的光学设计当中,镜头的结构设计也有一些计算机辅助设计软件,但是由于结构设计的多样性或专业性强或要昂贵平台支持而使用不便。光学镜头的结构设计要求各个光学零件准确定位和合理固定,保证镜头的光学性能。对于照相物镜、显微物镜、望远物镜、目镜等大多数非变焦、光轴成直线的镜头来说,其基本结构由透镜、压圈、镜筒、隔圈组成。只要对这些结构作自动设计,就能省去许多费事的构思和繁琐的计算。以自动设计得到基本结构为基础,就不难修改成为所要求的特殊结构,例如镜筒与机壳的专用连接结构。本文介绍的光学镜头基本结构计算机辅助设计是基于广泛应用的AutoCAD平台和采用人机交互式操作,用AutoLISP语言进行参数化和模块化设计,通用性好且简单易行。

二、镜头结构分类

常用光学镜头诸如望远物镜、显微物镜、照相物镜和目镜,基本结构包括四个部分:透镜、隔圈、镜筒、压圈。

隔圈结构类型比较多,它受前后透镜直径和通光孔径的大小差别影响较大,也受其它结构要素影响。

镜筒结构大体可以分为两类:直筒式和台阶式。压圈的'结构形式包括外螺纹压圈和内螺纹压圈,在实际应用中大多采用外螺纹压圈,

因此本文仅考虑外螺纹压圈,又根据光学系统对边缘光线是否扩散和外观要求的不同,压圈可以分成三种形式。

CATIA光学设计

CATIA光学设计是一种在计算机辅助设计软件CATIA中应用光学原理来进行光学系统设计与分析的技术。该技术在工业制造、航空航天、汽车、医疗器械等领域得到广泛应用，并为光学工程师提供了强大的设计和模拟工具。

一、概述

CATIA光学设计主要包括以下几个方面的内容：光学系统建模、光线追迹、非几何光学分析、光学元件设计等。

1. 光学系统建模

CATIA光学设计首先需要根据实际需求，创建光学系统的模型。通过CATIA提供的建模工具，可以准确构建光学系统的各个组成部分，如透镜、反射镜等。在建模过程中，要考虑光学系统的几何形状、物理参数以及材料特性等因素。

2. 光线追迹

在光学系统建模完成后，需要进行光线的追迹。CATIA提供了光线追迹功能，可以模拟光线在光学系统中的传播路径和特性。通过光线追迹，可以得到反射、折射、散射等光学现象，并进一步分析光线的强度、偏振以及相位等参数。

3. 非几何光学分析

除了光线追迹外，CATIA还支持非几何光学分析。这种分析方法基于光学传输理论，使用波动光学、光束传播等方法，对光学系统的性

能进行评估和优化。通过非几何光学分析，可以得到光学系统的像差、色差、MTF（调制传递函数）等参数，并帮助光学工程师改善系统的

性能。

4. 光学元件设计

CATIA光学设计还提供了光学元件的设计功能。在设计过程中，可以根据特定的应用需求，选择合适的透镜曲面，确定适当的曲率半径、厚度和折射率等参数，并通过模拟和优化，改善光学元件的成像质量

和光学性能。

二、应用领域

1. 工业制造

在工业制造领域，CATIA光学设计可用于激光切割、焊接、雕刻等工艺的优化。通过准确的光学系统建模和分析，可以提高激光加工的

用CAD进行光学系统设计和模拟

用CAD进行光学系统设计和模拟使用CAD进行光学系统设计和模拟

CAD（Computer-Aided Design，计算机辅助设计）技术在光学系统

设计和模拟中扮演着重要的角色。它提供了一种快速、准确的方法，

用于创建、分析和优化复杂的光学系统。本文将介绍使用CAD进行光

学系统设计和模拟的基本步骤和方法。

第一步，建立光学系统模型。在CAD软件中，可以使用几何体来

表示光学组件，如透镜、棱镜、反射镜等。通过添加这些几何体，并

确定它们之间的相对位置和方向，可以建立一个基本的光学系统模型。

第二步，定义光源和探测器。光源和探测器是光学系统中的关键元素。在CAD软件中，可以选择合适的光源模型，如点源、线源或面源，并指定其光强、波长等参数。同时，也可以添加探测器，并定义其位

置和角度，以便后续的光学性能分析。

第三步，设计和优化光学组件。利用CAD软件的建模和分析功能，可以对光学组件进行设计和优化。其中一个关键的步骤是使用光线追

迹算法来模拟光线的传播和折射。通过调整光学组件的参数，如曲率

半径、折射率等，可以实现对光学系统的性能进行优化。

第四步，分析光学系统性能。一旦光学系统模型建立完成，可以利

用CAD软件提供的分析工具来评估其性能。常用的性能参数包括光束

直径、光斑大小、像差、光强分布等。通过分析这些参数，可以判断

光学系统的成像能力、分辨率等性能指标。

第五步，模拟实际工作环境。为了更准确地评估光学系统的性能，

可以使用CAD软件提供的环境模拟功能。例如，可以模拟光源的光谱

分布、环境光的干扰等因素，以获得更真实的性能预测。

CAD中的光学设计和光线追踪技巧

CAD中的光学设计和光线追踪技巧在现代制造和设计过程中，计算机辅助设计（Computer-Aided Design，CAD）是不可或缺的工具之一。对于光学设计领域而言，

CAD在设计和模拟光学系统中起着重要的作用。本文将介绍CAD中

的光学设计和光线追踪技巧，帮助读者更好地掌握这一工具的使用。

首先，光学设计的基本原理是光线的传播和转折。在CAD中，光

线从光源出发，经过光学元件如透镜、反射镜等，最终汇聚到成像平

面上。因此，了解光线的传播路径和光学元件的性质至关重要。

在进行光学设计时，首先需要建立一个光学系统的模型。在CAD

软件中，可以绘制透镜和反射镜以及其他光学元件的几何形状。这些

几何形状会被用于计算光线的传播路径和成像效果。通过调整几何形

状的参数，可以改变光学系统的性能。例如，可以改变透镜的曲率半径、面与面之间的距离等参数，来调整透镜的焦距和成像效果。

在CAD中进行光学设计时，光线追踪是一个重要的技术。通过追

踪光线的路径，可以计算出光线经过光学系统时的传播路径和偏折角度。光线追踪技术可以帮助设计师在设计过程中更好地理解光学系统

的工作原理，并预测其性能。在CAD软件中，可以通过设置光线源和

接收器的位置、方向和数量来进行光线追踪。通过调整这些参数，可

以模拟出不同情况下的光线传播和成像效果。

在光学设计中，常常需要进行光学元件的优化。CAD软件提供了一些优化算法和工具，帮助设计师快速找到最佳的光学元件参数。例如，可以通过遗传算法等优化技术来搜索参数空间，以找到最佳的焦距、

像差等参数。这些优化工具可以大大提高设计效率，减少设计时间和实验次数。

使用CAD进行光学系统设计

光学系统设计是一项复杂而关键的工作，通过使用计算机辅助设计（CAD）软件，可以高效地进行光学系统的设计和优化。本文将介绍

如何使用CAD进行光学系统设计的一般步骤和一些技巧。

首先，我们需要明确光学系统的设计目标和要求。这包括系统的光

学性能指标，如分辨率、视场角和透过率等，以及系统所需要处理的

光学问题，如像差、散焦和色差等。确立设计目标可以帮助我们在后

续的设计过程中有个清晰的方向。

接下来，我们需要进行系统的布局设计。在CAD软件中，我们可

以使用线条、标记和符号等功能，将光学元件以及光线的传播路径绘

制出来。可以根据系统的要求设计光路系统的类型，包括顺序布局、

透镜组布局和反射式布局等。同时，还要考虑光学元件的尺寸和位置，以及光学系统的波长范围和工作距离等限制条件。

在布局设计完成后，我们可以进一步进行系统的光学分析。 CAD

软件通常提供了光学分析的功能，比如光线追迹和光学元件的仿真等。通过这些功能，我们可以预测光学系统的成像特性，如焦距、成像质

量和像差等，并进行系统的优化。例如，我们可以调整光学元件的形状、尺寸和位置，来改善系统的成像质量。

在优化完成后，我们可以开始进行光学元件的选型和配对。 CAD

软件通常提供了光学元件库，我们可以在库中选择适合的光学元件，

并进行匹配。在选型和配对的过程中，需要考虑元件的材料、折射率

和形状等因素，确保光学系统的性能要求得到满足。

当光学元件选型和配对完成后，我们可以进行系统的仿真和验证。在CAD软件中，我们可以使用光线追迹功能，模拟光线在光学系统中的传播和成像过程。通过仿真分析，我们可以评估系统的光学性能，并进行调整和改进。同时，还可以进行系统的容错分析，评估系统对光学元件误差和环境影响的敏感性。

计算机辅助光学设计——codev应用基础

计算机辅助光学设计是一项重要的技术，可以帮助光学工程师更快速、高效地设计和优化光学系统。在光学设计过程中，Codev是一款强大的软件工具，它提供了丰富的功能和工具，使得光学设计变得更加简单和便捷。

Codev可以用于光学系统的建模和分析。通过输入光学元件的参数和特性，Codev可以生成光学系统的模型，并计算出系统的光学性能。这使得光学工程师可以在设计阶段就对系统的性能进行评估，从而避免了不必要的试错和重复设计。

Codev还可以用于优化光学系统。在设计过程中，光学工程师可以使用Codev的优化功能来调整光学元件的参数，以达到系统性能的最佳状态。通过不断地改变参数并进行优化，光学工程师可以找到最佳的设计方案，从而提高系统的性能和效率。

Codev还提供了丰富的分析工具，如MTF曲线分析、光斑图分析等，可以帮助光学工程师更全面地了解系统的性能和表现。通过这些分析工具，光学工程师可以对系统的各个方面进行评估和优化，从而提高系统的质量和性能。

计算机辅助光学设计的应用是十分广泛的。在光学工程领域，Codev 作为一款强大的软件工具，可以帮助光学工程师更高效地进行光学系统的设计和优化。它提供了丰富的功能和工具，使得光学设计变

得更加简单和便捷。通过使用Codev，光学工程师可以更好地满足实际应用的需求，提高光学系统的性能和效率。

现代光学镜头设计方法与实例

随着相机技术的不断发展,光学镜头的设计也变得越来越重要。现代光学镜头设计方法采用了先进的光学理论和计算机模拟技术,可以精确地设计各种形状和大小的镜头。以下是一些现代光学镜头设计的方法和应用实例。

1. 有限元分析(FEA)

有限元分析是一种计算机辅助设计方法,可以用于分析镜头的几何形状和光学性能。通过使用FEA,设计师可以计算出镜头的各个部分的尺寸和形状,以及它们对光线的折射和散射的影响。这些计算结果可以为设计师提供重要的设计参考。

2. 三维打印技术

三维打印技术可以用于设计镜头的几何形状。通过使用三维打印技术,设计师可以制作出精确的镜头形状,并将其打印在特殊的光学材料上。这种技术可以制作出各种形状和大小的镜头,并且具有高精度和高强度。

3. 光学模拟技术

光学模拟技术可以用于预测镜头的光学性能和光学特性。通过使用光学模拟技术,设计师可以计算出镜头对不同光线的折射、散射和聚焦性能,以及在不同环境下的光学特性。这种技术可以为设计师提供重要的设计参考,帮助他们设计出更加准确和优秀的镜头。

4. 现代光学设计软件

现代光学设计软件可以用于自动化镜头设计。这些软件通常具有广泛的镜头设计功能,包括计算镜头的尺寸、形状和性能。这些软件可以帮助设计师快速设计出优秀的镜头,并且可以自动纠正设计错误。

现代光学镜头设计方法的应用非常广泛。不仅可以用于相机和其他光学设备,还可以用于虚拟现实、增强现实和计算机视觉等领域。随着计算机技术的不断发展,现代光学镜头设计方法的应用也将会越来越广泛。

人工智能辅助光学设计

人工智能辅助光学设计是指利用人工智能技术来优化和设计光学系统。在光学设计中，需要考虑到许多因素,如光学元件的形状、大小材料、光学性能等，以及系统的整体性能和稳定性。这些因素通常需要在复杂的物理和工程限制下进行优化，这是-个非常复杂和计算密集的任务。

人工智能技术，特别是深度学习技术，可以用于光学设计中的优化和自动化。通过训练神经网络来学习光学设计的规则和优化算法，可以快速地进行设计迭代和优化，并在短时间内得出最佳设计方案。相比于传统的光学设计方法，人工智能辅助光学设计具有以下优点: 1.优化速度快:人工智能可以快速地对大量设计方案进行评估和筛选，大大加快了设计的速度。

2.优化效果好:人工智能可以考虑到各种因素之间的复杂关系，从而得到更优的设计方案。

3.降低成本:通过减少试验次数和缩短设计周期，人工智能可以帮助降低设计的成本。

4.可扩展性好:人工智能技术可以很容易地扩展到更复杂的光学系统设计中。

虽然人工智能辅助光学设计具有许多优点，但它并不能完全取代传统的光学设计方法。在某些情况下，传统的设计方法可能更加准确和可靠。因此，将人工智能技术与传统的设计方法相结合，可以更好地进行光学设计。

计算机辅助光学设计usst本科课件

光学性能优先
在满足系统性能要求的前提下，尽量减小光学系统的体积、重量和成本。
稳定性好
保证光学系统在各种环境条件下都能稳定工作，不受温度、湿度、振动等因素的影响。
ABCD
结构简单
尽量采用简单的光学元件和结构，以降低制造成本和维护成本。
可维护性好
光学系统应便于安装、调试和维修，尽量减少对精密仪器的依赖。
透镜设计
通过光路仿真优化透镜的设计，提高成像质量、减小畸变等。
光纤光学系统设计
模拟光纤光学系统中的光传播，优化光纤布局、减小光损耗等。
自由曲面光学设计
利用光路仿真技术设计具有特殊功能的自由曲面光学元件，如自适应对焦等。
05 光学元件与材料
光学元件的种类与特点
透镜
具有聚焦和成像功能，根据形状和焦距的不同，可分为球面透镜和非球面透镜。
随着文艺复兴的兴起，欧洲的科学家开始重新审视古希腊的科学遗产，对光学的研究也得以恢复。
19世纪
20世纪至今
随着工业革命的推进，光学玻璃和透镜制造技术的发展，光学设计逐渐成为一门独立的学科。
计算机技术的飞速发展为光学设计带来了革命性的变化，计算机辅助光学设计逐渐成为主流。
光学设计的应用领域
总结案例中的设计经验、技巧和教训，引导学生思考如何将这些经验应用到自己的设计中。

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计算机辅助光学设计 code V.
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的，但是为了生存，我们不得不为自己编织一个笼子，然后把自己关在里面。 ——博莱索
•wk.baidu.com
27、法律如果不讲道理，即使延续时间再长，也还是没有制约力的。— —爱·科克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马克罗维乌斯
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29、在一切能够接受法律支配的人类的状态中，哪里没有法律，那里就没有自由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除法律。 ——塞·约翰逊
谢谢！
51、天下之事常成于困约，而败于奢靡。——陆游 52、生命不等于是呼吸，生命是活动。——卢梭
53、伟大的事业，需要决心，能力，组织和责任感。 ——易卜生 54、唯书籍不朽。——乔特
55、为中华之崛起而读书。 ——周恩来

计算机辅助光学设计_code_V_S10

• To intersect the correct point, set IC No (default is IC Yes) • ASP, AAS, GRT, XTO, YTO, UDS, UD2, and SPS surfaces accept IC • To change IC on a sphere or conic, change to ASP type and leave aspheric coefficients at 0 • Also IC CLO, IC FAR, IC BTH for XTO, YTO, UDS, UD2, and SPS
Introduction to CODE V Training, Fall 2003, Slide 10-‹#›
ASP - Polynomial Asphere
• Equation used:
z(r) =
c r2 1+ 1- (1+ k) c2 r 2
+ Ar 4 +Br 6 + Cr 8 +Dr 10 +Er 12 +Fr 14 + Gr 16 +Hr 18 + Jr 20
Section 10
Non-Spherical Surfaces & Special Surface Properties
3280 East Foothill Boulevard Pasadena, California 91107 USA (626) 795-9101 Fax (626) 795-0184 e-mail: service@opticalres.com World Wide Web: http://www.opticalres.com

光学工程一级学科二级学科

光学工程一级学科二级学科是光学科学与工程的一个细分领域，它涉及到光学的基础理论和应用技术。光学工程一级学科二级学科主要包括光学制造与测试、光学设计与计算机辅助设计、光学信息处理、光子学与激光技术、光学成像与显示技术等方面。

光学制造与测试是光学工程中的重要方向之一。光学制造与测试是指利用光学技术进行光学元件和光学系统的制造和测试。在光学制造方面，我们可以利用光学加工技术对光学元件进行加工，例如利用光学薄膜技术对光学镜片进行薄膜镀膜，提高透射率和反射率。在光学测试方面，我们可以利用光学干涉仪、光学相位计等设备对光学元件和光学系统进行测试，例如测量光学镜面的形状误差和表面粗糙度，评估光学系统的成像质量。

光学设计与计算机辅助设计是光学工程中的另一个重要方向。光学设计与计算机辅助设计是指利用计算机辅助设计软件进行光学元件和光学系统的设计。在光学设计方面，我们可以利用光学设计软件对光学元件的光学参数进行优化，例如调整曲面形状和厚度分布，

使得光学元件具有所需的光学性能。在计算机辅助设计方面，我们可以利用计算机辅助设计软件对光学系统进行模拟和分析，例如通过光线追迹法模拟光学系统的成像过程，评估光学系统的成像质量。

光学信息处理是光学工程中的另一个重要方向。光学信息处理是指利用光学技术进行信息的获取、传输和处理。在光学信息获取方面，我们可以利用光学传感器对环境中的光学信号进行采集，例如利用光电二极管对光强进行测量，利用摄像头对图像进行获取。在光学信息传输方面，我们可以利用光纤进行光学信号的传输，例如利用光纤传输高速网络信号。在光学信息处理方面，我们可以利用光学技术对图像、视频等信息进行处理，例如利用光学滤波器对图像进行增强，利用光学编码器对信息进行压缩。

光学计算机辅助设计讲义3-4

1.Code V environment运行环境

itile bar----包含当前镜头的名称

window navigation bar--提供一种方法显示正在工作所有的界面。导航条是能“停靠”CODEV边上的一个工作台窗口，也可以隐藏，在下列说明也同样出现。

MENU BAR---包含程序的许多功能。你可以增加其他菜单，(例如频繁使用的宏) 或定制对话框(利用tools> customize菜单)

toolsbar—为许多普通功能单个按钮。把鼠标放在按钮前可以看到按钮的描述信息。通过鼠标可以拖动工具栏。也可以改变工具栏的内容(tools>custorms菜单)

Lens Data Manager (LDM) Window—用数字来显示镜头数据数据的表格。你能存取其它和修改数据表中利用用右击选择的表格、行或列的数据。仅仅包含弹出式菜单中选择的条目命令。

Command Window—“journal”是所有的基于文本输出的窗口，并且为直接输入命令和显示结果的工作区。

Command entry line—命令窗户的部分，如果你希望使用命令，是输入目命令的位置(CODEV包含完整的命令和鼠标操作，你可以利用任何一种方式。)。

Plot Windows—通过命令方式显示的专用绘图窗口，最多能够显示多达100个，但经常用到三到四个。

Tabbed Output Window—专门的计算如MTF和斑点图的在CODEV中称为options。当从菜单条选定后，每个选项创造它的自己的tabbed输出窗口(TOW)，它包括文本，图形，和警告或误差消息。TOW的主要特征是可以记住设定和点击Execute(Recalculate)按钮重新计算。Status Bar—状态栏在CODEV主窗口下面边界处。它显示一些参数例如焦距，尺寸规格，等等。他可以通过customize对话框进行配置(tools>customize menu)。

光学系统cad课程笔记

（原创版）

1.光学系统 CAD 简介

2.光学系统 CAD 的基本原理

3.光学系统 CAD 的实际应用

4.光学系统 CAD 的案例分析

5.光学系统 CAD 的发展趋势

正文

一、光学系统 CAD 简介

光学系统计算机辅助设计（CAD）是一门关于利用计算机技术进行光学系统设计的课程。光学系统 CAD 可以帮助工程师在设计光学系统时，通过计算机模拟和分析，预测光学系统的性能，从而有效地优化和改善光学系统的设计方案。本课程旨在让学员掌握光学系统 CAD 的基本原理和方法，了解其在实际应用中的重要性。

二、光学系统 CAD 的基本原理

光学系统 CAD 的基本原理主要涉及以下几个方面：

1.几何光学原理：光学系统的设计需要遵循几何光学原理，如光线传播、成像等。

2.光学元件的建模：对光学元件（如透镜、反射镜等）进行准确的建模，以便在计算机中进行仿真和分析。

3.光学系统的优化：通过计算机仿真和分析，对光学系统进行优化，以提高其性能。

三、光学系统 CAD 的实际应用

光学系统 CAD 在实际应用中具有广泛的应用价值，例如：

1.照相机系统设计：通过光学系统 CAD，可以预测照相机系统的成像性能，从而优化其设计方案。

2.望远镜系统设计：光学系统 CAD 可以帮助工程师设计高性能的望远镜系统，提高观测能力。

3.光学投影仪设计：光学系统 CAD 在光学投影仪的设计中具有重要作用，可以提高投影仪的成像质量和分辨率。

四、光学系统 CAD 的案例分析

通过分析具体的光学系统 CAD 案例，可以帮助学员更好地理解光学系统 CAD 的原理和方法。例如，可以分析一个简单的照相机系统，通过光学系统 CAD 软件进行建模、仿真和优化，最终得到一个性能更优秀的照相机系统。

光学计算机辅助设计讲义-1

1．光学设计基础

1.1现代光学仪器对光学系统的要求

光学系统是现代光学仪器中的一个关键系统，光学系统的设计关乎整体系统的设计方案，因此设计好光学系统必须明确光学系统的基本要求。

1．1．1 光学系统基本要求如下

性能

•提供理想像质，足够分辨视场内最小尺寸的特定物体

•像弥散元尺寸与探测器像素尺寸匹配

•有效孔径和透过率必须足够满足设计要求

构形选择

•设计形式必须能满足所需的性能

•特殊的技术要求，如扫描系统，红外系统中的光阑等，要符合要求

可制造性考虑

•最小尺寸/成本/重量/环境影响

1．1．2 光学系统技术要求：

1 f/number or NA （F 数或数值孔径）：

F 数俗称光圈。在光学系统技术指标中，F 数是一个非常关键的指标，在设计之前就必须确定的值。焦距一定，F 数越小，通光孔径越大，设计的难度也相对较高。

/f f num ber D

focal length 焦距

＝

clear aperture diameter 通光孔径

D(又称入瞳直径)：孔径光阑在物孔径的共轭像

孔径光阑：限制进入光学系统的成像光束口径的光阑，如人眼的瞳孔

1/D f num ber

f ='

相对孔径＝

数值孔径sin N A n U =

数值孔径与F 数

2 Full field of view （全视场，2 ）

Aspect ratio投影比

一般可以指定某一视场，如水平视场。如CCD相机镜头以3×4×5的投影比覆盖传感器，水平视场为0.8视场。若指定的视场小于全视场，必须说明是某视场。例如，将视场指定为±10°，则全对角视场为20°，或半视场10°。