中国科学院 第一个设计示例是三反射镜自由成像系统，其视场为8 ×6，焦距为50毫米，F值为1
8，在LWIR乐队工作
计算任务部署在清华大学的高性能计算平台上
到41岁
经过8小时的自动计算，得到了127个系统，它们的平均均方根波前误差(AVG WFE均方根)都小于0
075λ (λ = 10微米)
成像质量被认为是衍射受限的或接近衍射受限的
信用:、张、金国范、 设计一个光学系统需要设计者付出巨大的努力、知识、技能和经验
本文提出了一种自由曲面光学的自动设计方法，其中规格和约束条件是唯一需要的输入，可以自动获得各种结果
输出结果具有各种结构和高成像质量的光功率分布
通过实现这种方法，设计人员可以了解解决方案空间的概况，并专注于特定的设计
在光学设计的早期，人们必须精通像差理论并进行大量的数值计算，因此数学技能和才能非常重要
电子计算机的出现将人们从繁重的计算任务中解放出来，实现了快速的真实光线跟踪，并且能够求解复杂的像差方程
此后，优化算法和光学设计软件的应用和发展大大提高了光学设计的速度和效果
但是，光学设计仍然需要求解或寻找一个初始解作为优化的起点，这将极大地决定优化的最终结果
而且，优化本质上是一个试错的过程，优化的效果与设计者的经验密切相关
因此，光学设计既是一门艺术，也是一门科学
尽管自动化工具越来越多，但没有人工指导的光学设计通常被认为是不可能的
我们期待的未来光学设计将是:在设计之初输入系统的规格和约束，然后可以自动输出大量各种结构的高质量设计结果
设计人员的主要工作是综合考虑可制造性、系统结构等因素
，并从输出结果中选择最终设计
第二个设计示例是一个三反射镜自由成像系统，其视场为4 ×4，焦距为450毫米，F数为9，工作在可见光波段
到35岁
经过3小时的自动计算，得到了59个系统，它们的AVG WFE均方根值都小于0
075λ (λ = 587
6微米)
信用:、张、金国范、 为了实现光学设计的这一最终目标，在《光科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，由中国清华大学精密仪器系精密测量技术与仪器国家重点实验室的朱军教授领导的科学家团队开发了一种结果多样化的自由曲面光学自动设计方法
以系统的规格(视场、焦距、入射光瞳直径)为唯一输入，自动获得各种三反射镜自由成像系统，具有各种结构和衍射受限的高成像质量
该功能在光学设计领域首次实现
所提出的方法能够对三镜自由形式系统的解空间进行粗略搜索，以获得各种各样的高质量系统，从而可以对解进行概述
这种方法也是可行的，让一个人专注于特定的设计，并进行精细的搜索，以获得更多类似的设计或具有更高成像质量的设计
通过不同层次的粗搜索和细搜索，更多更好的自由形式设计会出现
第三个设计示例的规格具有挑战性
三反射镜自由成像系统的视场为4 ×4，焦距为600毫米，F数为3，工作在可见光波段
到22岁
在工作站上进行2小时的自动计算，获得48个AVG WFE均方根小于0的系统
30λ (λ = 587
6微米)
粗搜索中的最佳AVG WFE均方根值为0
11λ
以成像质量最好的系统为中心，进行精细搜索，系统AVG WFE均方根小于0
最终得到075λ，如V2-885-1-34-1所示
此图中显示的五个系统的AVG WFE均方根值小于0
11λ
信用:、张、金国范、 本研究提出的结果多样化自动设计方法为实现全自动光学设计提供了一种全新的途径
它使人们只需具备光学设计的基本知识，就能获得各种高质量的设计
在科学研究领域，人们可以在获得大量成果的基础上探索光学系统的解空间和系统性能的边界，或者进行光学设计学科的研究
在工程应用领域，基于该方法的光学设计工具有望改变光学设计的工作模式和核心内容
设计人员可以关注系统规格、可制造性和成本等
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