Вопросы для подготовки к экзамену
В билете 3 вопроса: 2 теоретических и задача для решения в программе Zemax.
Пример практической задачи.
Рассчитайте объектив.
Длина волны 0.5 мкм.
Критерий качества: пятно рассеяния.
Предмет в бесконечности.
Угловое поле 30°.
Число линз ≤ 5.
Фокусное расстояние 50 мм.
Апертурная диафрагма диаметром 10 мм расположена между первой и второй линзой.
Длина объектива ≤ 80 мм.
Задний отрезок ≥20 мм.
Воздушные промежутки вдоль оси и по краю ≥0,7 мм.
Толщина линз вдоль оси и по краю ≥0,1D (D – световой диаметр поверхности)
Указанные требования должны учитываться в оценочной функции.
Как изменится размер пятна рассеяния при -20° и 80°, если линзы разделены тубусом из материала с коэффициентом линейного теплового расширения 50*10-6С-1
Определите допуск на радиусы поверхностей в кольцах Ньютона для длины волны 0,5 мкм при котором средневзвешенный по полям размер пятна рассеяния ухудшится не более чем на 10%.
Дополнительные вопросы, ответы на которые необходимо (но недостаточно) знать для сдачи экзамена.
1. Изображение точек при наличии аберраций.
2. Линейная модель системы оптимизируемых функций.Оценочная функция линейной модели системы оптимизируемых функций.
Теоретические вопросы.
1. Автоматизация проектирования оптических систем: общие понятия и принципы.
2. Этапы разработки оптической системы и степень их автоматизации.
3. Технико-экономические требования к оптической системе. Англоязычные термины параметров и характеристик оптической системы.
4. Типовые операции, проводимые над оптической системой в процессе автоматизированного проектирования. Алгоритм процесса автоматизированного проектирования.
5. Средства автоматизации проектирования. Обзор программного обеспечения.
6. Выбор начальной системы для оптимизации. Обзор методов.
7. Типы поверхностей в программе Zemax для моделирования идеальных оптических систем.
8. Моделирование сферических и асферических поверхностей в программе Zemax.
9. Моделирование голографических и дифракционных оптических элементов в программе Zemax.
10. Моделирование материалов с градиентом показателя преломления.
11. ABCDматрица в программе Zemax.
12. Матрица Джонса в программе Zemax.
13. Моделирование оптических материалов в программе Zemax.
14. Определение параметров дисперсионных формул методом наименьших квадратов.
15. Расчёт хода нулевых лучей. Применение матричной оптики для расчёта нулевых лучей.
1. Определение характеристик оптической системы в гауссовой области по параметрам вспомогательных лучей: определение фокусного расстояния, положения и размеров зрачков, изображения, увеличения.
2. Описание луча в системе координат Федера. Преобразование координат при переходе между поверхностями: перенос начала координат и поворот (матрицы переноса и поворота).
3. Расчёт хода действительных лучей.
4. Уточнение точки встречи с поверхностью высшего порядка с помощью метода Ньютона.
5. Уравнение поверхности второго порядка в матричном виде. Различные модели оптических поверхностей высшего порядка, выражения для перехода между их коэффициентами.
6. Описание предмета и изображения. Изображающий оператор. Масштабные передаточные характеристики. Энергетические передаточные характеристики.
7. Структурные передаточные характеристики. Частотные передаточные характеристики.
8. Изображение точек при наличии аберраций. Графики волновой аберрации и поперечных, диаграмма рассеяния.
9. Расчёт допусков на параметры оптической системы. Типовые допуски на конструктивные параметры оптических систем, типовые допуски на характеристики оптических систем. Компенсаторы.
1. Оптимизационная модель оптической системы. Параметры оптимизации.
2. Оптимизационная модель оптической системы. Оптимизируемые функции. Критерий оптимизации.
3. Требования при выборе оптимизируемых функций.
4. Свойства оценочной функции. Линейная модель системы оптимизируемых функций.
5. Свойства оценочной функции. Оценочная функция линейной модели системы оптимизируемых функций.
6. Методы оптимизации. Методы нулевого порядка.
7. Методы оптимизации. Градиентные методы.
8. Методы оптимизации. Метод Ньютона и метод наименьших квадратов.
9. Методы оптимизации. Метод Лагранжа.
10. Сходимость ньютоновских методов оптимизации.
11. Демпфированный метод наименьших квадратов.
12. Определение длины шага вдоль траектории спуска.
13. Оптимизация с ограничениями. Метод штрафных функций.
14. Оптимизация с ограничениями. Метод исключения параметров.
15. Оптимизация с ограничениями. Метод неопределённых множителей Лагранжа.
16. Контроль линейных неравенств.
17. Контроль нелинейных ограничений.
18. Методы глобальной оптимизации. Метод прямого перебора.
19. Методы глобальной оптимизации. Оптимизация с использованием эскейп-функции.
20. Методы глобальной оптимизации. Алгоритм имитации отжига.
21. Методы глобальной оптимизации. Генетические алгоритмы.