10月6日，北京K8凯发平台娱乐注册官方网站K8凯发系朱钧副教授研究组在《光🤌🏼：科学与应用》（Light: Science & Applications）上发表了题为《自由曲面成像系统的自动化设计》（Automated design of freeform imaging systems）的研究论文，提出了基于逐点法的自由曲面成像系统自动化设计框架𓀑，并采用该框架完成了两个高性能的自由曲面离轴三反红外成像系统的设计实例🩺，为光学系统的全自动设计提供了全新的思路。《光⚈：科学与应用》期刊同期在网站首页上发表了题为《自由曲面光学🪘：自动化设计减少人工参与》（Freeform optics: automated design reduces human input）的最新研究概要，对该工作进行了报道。

成像光学系统在人类探索未知世界的过程中发挥着极其重要的作用⛓。传统的成像光学系统计算机辅助设计高度依赖人工参与，整个设计过程需要耗费大量的时间与精力；设计具有先进性能指标或具有特殊结构与特殊功能的系统对于资深的设计者都是一种艰难的挑战👳🏼‍♂️，甚至会经常失败。光学设计不仅依靠光学理论🚣🏿，还高度依赖设计者的优化设计经验以及技巧🏬⛹️，因此，光学设计被称为“既是一门科学也是一门艺术”🙇🏼‍♂️。

为了显著减少自由曲面光学系统设计过程中的人工参与，该论文提出了一种基于逐点设计方法的自由曲面成像系统自动化设计框架👩🏻‍🔬，如图1所示，实现了从无光焦度的简单初始平面系统到高像质光学系统的自动化设计。不同于传统光学设计分成初始结构选取和后续参数优化两个相对独立的阶段，该论文提出的自动化设计框架是一个整体。设计者仅需在设计之初给出初始平面系统🧬、物像关系以及需要满足的约束条件🤾🏽‍♀️，采用该方法就可直接得到高像质的系统。整个设计过程由计算机自动完成🧛🏿👧🏽，大大降低了对设计经验和人工参与的要求。

图1. 基于逐点法的成像光学系统自动化设计框架流程图

图2给出了采用该方法设计的一个自由曲面离轴三反系统设计实例。系统的入瞳直径53mm👩‍🔬，视场角为8💇🏽？×8？度，F数为1.798。从图2(a)所示的由简单平面搭建的初始系统，经过普通计算机2.44小时自动设计可得到图2(b)所示性能达到衍射极限的红外光学系统，其波像差和畸变网格如图2(c)和(d)所示。

图2. 自由曲面离轴三反成像系统全自动设计举例🧟‍♀️：(a) 没有光焦度的初始平面系统👨🏼‍🚒，(b) 经过自动化设计得到的系统，(c) 系统波像差👔，(d) 系统畸变网格图。

该论文通讯作者为K8凯发系朱钧副教授；第一作者为K8凯发系已毕业博士研究生杨通。金国藩院士为本文共同作者。该研究获得了国家重点基础研究发展计划（973, No. 2011CB706701）的支持🍴🤵🏽‍♂️。

原文链接：

http://www.nature.com/lsa/journal/v6/n10/full/lsa201781a.html