鏡頭設計
關注創建者：墨光科技 創建時間：2020-06-12
鏡頭設計的視頻教程
ZEMAX 成像設計線上培訓
培訓大綱 01 OpticStudio 軟件功能介紹; 02 材料庫、鏡頭庫介紹； 03 如何定義新材料； 04 如何使用鏡頭庫； 23 柯勒照明綜合設計實例； 24 投影系統設計 25 集光系統設計； 26 暗盒系統介紹； 05 像差理論介紹； 06 Zemax 里像差分析圖譜； 07 優化; 08 局部優化 27 分析工具應用； 28
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鏡頭設計的實例教程
任何光學鏡頭,不論是新的還是舊的,都可以用“鏡頭描述”這個術語來區分鏡片的數量,玻璃的種類,鏡片的曲面半徑,鏡片的厚度,鏡片與鏡片之間的距離,以及每個鏡片的直徑,等等。當發自于某個物體的光線穿過玻璃表面時,該束光線會被折射,就如我們在中學物理課本中學到的物理知識所描述的那樣:光線折射量取決于玻璃的折射率。如果鏡頭設計者能知道光線射入鏡頭前鏡片時的確切入射位置,以及入射角度,他就可以通過光線理論系統精確地追蹤光路。角度和距離可以通過三角函數的正弦和余弦算出來。因此通過簡單的平面幾何,光線途經的線路就可以被追蹤到。
中國論文網 http://www.xzbu.com/9/view-984267.htm
一、光學鏡頭的設計原理
為了獲得一個較理想的光學鏡頭,光學設計人員首先要清晰明確地了解使用要求、使用效果和設計結果。在設計要求方面,設計人員對鏡頭所要求的焦距、孔徑、視場、最近成像距離等光學特性參數和分辨率、畸變、光學傳遞函數等成像質量特性參數都應熟悉。光學鏡頭設計者首先要從光軸上的某點開始追蹤少量的光線,這里所假設的是每個物象點都會在膠片平面上形成與之相對應的點,所以發自物體的光線都將被轉化為這樣的成像點,并且具有同樣的相對位置。光線是由不同波長的、有顏色光波組成的,而且當光線進入鏡頭時不同波長的光波具有其獨特的光學路徑,而且理想的光線不可避免地會被鏡片所干擾而產生象差。鏡頭設計的第一要素就是對這些象差進行了解和控制。通過三角幾何函數可以計算出校正的光線路徑和現實的偏移量,這兩者之差被稱為光線路徑差,使用來控制象差的依據。典型的象差有球面象差,暈光和失光。
在上世紀三十年代,盡管人們對象差進行了量化,但象差始終是鏡頭設計的困擾因素。對于設計者來說,如果想對象差進行校正,就必須知道特定象差對于成像會造成什么影響。
展開 會議主題：
SYNOPSYS 多焦點 DOE 鏡頭設計
SYNOPSYS? 光學設計軟件是目前世界上功能強大的光學設計軟件之一。60多年的發展更新和 Windows 界面使得新手很容易上手使用；能輕松面對更高的專業需求。近期 SYNOPSYS 進行版本更新，考慮到大家對于具體更新內容不了解的情況，武漢墨光將在02月15號開展
SYNOPSYS 多焦點 DOE 鏡頭設計線上研討會。給大家分享 SYNOPSYS V2.022新功能的具體介紹，以及在新功能下如何進行多焦點 DOE 鏡頭設計的案例演示。從而幫助大家更加便捷的使用 SYNOPSYS 進行光學設計分析的操作。
展開 系列直播課程《SYNOPSYS? 光學鏡頭設計基礎及進階》已經連播三周；如果您錯過了直播或需要看回放，請私聊獲取前三次課程視頻。
開課時間 ：2020年4月14日(周二)15：00 — 16：00
此課程共8-12講（根據大家學習情況調整進度）；
每次課程45分鐘直播+15分鐘群內答疑。
系列課程大綱
1.SYNOPSYS中鏡頭設計和優化的基本概念
示例：定義和優化雙膠合透鏡
光線瞄準和漸暈(介紹worksheet)
2.公差分析和定義透鏡的邊緣形狀
①降低公差靈敏度
②斯密特望遠鏡和卡塞格林望遠鏡設計
③非球面介紹
④自動增刪鏡片介紹
3.全局搜索方法
①使用自動搜索(DSEARCH) 設計緊湊塑料非球面相機鏡頭系統
②SYNOPSYS中非球面設計的基本概念 (非球面設計)
③使用DSEARCH用于非球面相機鏡頭，玻璃模型優化為真實玻璃
④DSEARCH是什么? DSEARCH的例子 (廣角鏡頭)
⑤SYNOPSYS中用ZSEARCH設計變焦鏡頭，CAM曲線
⑥無熱化設計和紅外鏡頭的無熱化
⑦無熱化鏡頭設計和GSEARCH玻璃材料優化
⑧自由曲面系統設計
主講人
：武漢墨光資深光學工程師
展開 武漢墨光將對 SYNOPSYS? 每月一題的第四期《手機鏡頭初始結構自動設計》開展的
線上研討會
；
研討會主要是針對以下幾個方面
結合軟件操作進行講解：
① SYNOPSYS 的初始結構搜索方法；
② 獨特 DSEARCH 的使用技巧；
③ 6P手機鏡頭初始結構設計。
具體時間安排：
5月8日（周六）15:00—16:00(下午)
掃描下方二維碼報名參加本期研討會
為了大家能深度參與其中，更好的使用軟件，也能夠學到不同方向的光學設計，
在不泄密的前提下，向大家征集設計指標，作為我們每次發布的題目
，可以是以下任何類型鏡頭：紅外鏡頭、手機拍照模組、放大鏡，投影鏡頭，監控鏡頭，顯微鏡、內窺鏡、VR/AR光學系統、照相機等以及沒有提到的系統；只要有基礎指標就行。
愿意提供設計指標的朋友可以掃碼填寫您的設計指標
點擊?? SYNOPSYS?光學設計軟件 了解該軟件
展開 點擊?? SYNOPSYS?光學設計軟件 了解該軟件
END
武漢墨光是光機電領域優質服務商，提供SYNOPSYS?鏡頭設計軟件、ASAP高級光學系統分析軟件、APEX光機系統分析與設計軟件、JCMsuite 納米光學仿真分析軟件、PCGrate 光柵設計軟件、RP Fiber Power 光纖激光器及光纖器件設計軟件、Mathematica 科學計算軟件 等產品的推廣、銷售、咨詢、培訓、技術支持、軟件二次開發及解決方案等服務，輔助高校教學科研、研究所進行高端技術研發以及光機電廠商利用光學軟件研發各領域的光學器件與光機系統，在最短時間內完成量產并獲利。
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鏡頭設計的最新內容
圖1：AR HUD仿真全流程架構圖
2.1 Ansys Zemax OpticStudio：投影鏡頭系統設計
作為專業光學鏡頭設計工具，負責AR HUD投影光路核心設計：
設計三片式投影鏡頭模組，搭配雙膠合透鏡結構，有效校正色差與球差，保障全視場成像清晰度；
鎖定核心光學參數：系統視場角22°、總長106mm、光源與首透鏡間距45mm、入瞳直徑10mm；
支持通過Export
場曲分析器
場曲描述了物鏡（鏡頭）的設計焦平面和實際焦距曲線之間的差異。在這個用例中，我們介紹了一個分析這種效應的工具。
畸變分析器
本用例介紹了VirtualLab Fusion中的Distortion Analyzer，以球面透鏡為例進行說明。
摘要
鏡頭是成像系統設計的一個組成部分。因此，對任何光學工程師來說，能夠詳細分析它們的性能是至關重要的。一個眾所周知的不利影響是畸變，它導致光束的橫向位置相對于焦平面的參考位置的偏差。在這個使用案例中，我們介紹了一個工具，以球面透鏡為例，研究這種效應。
畸變定義
畸變與主光線的球面像差相對應。它被定義為光線束的橫向位置相對于焦平面的參考位置的偏差。
目前市場上也有大量鏡頭設計專利可供選用。由于具體設計需要滿足不同設計指標，引來的專利數據不可能直接拿來就用，大部分都還需要光學設計者進行二次修改設計，利用光學軟件進行進一步優化設計，以滿足具體設計要求。然而，也不是任何一個設計者拿來專利都可以優化出來一個優質照相鏡頭的，還必須了解該形式鏡頭的設計思想，各結構參數對系統像質的貢獻，熟練地掌握系統內涵才便于得心應手的處理鏡頭優化工作。
目前市場上也有大量鏡頭設計專利可供選用。由于具體設計需要滿足不同設計指標，引來的專利數據不可能直接拿來就用，大部分都還需要光學設計者進行二次修改設計，利用光學軟件進行進一步優化設計，以滿足具體設計要求。然而，也不是任何一個設計者拿來專利都可以優化出來一個優質照相鏡頭的，還必須了解該形式鏡頭的設計思想，各結構參數對系統像質的貢獻，熟練地掌握系統內涵才便于得心應手的處理鏡頭優化工作。
<p><strong>引言</strong></p><p>在安防監控領域，鏡頭需應對?40℃~80℃的極端溫度環境，溫度載荷引發的熱離焦問題直接影響成像穩定性。傳統設計難以準確耦合光學、結構與溫度場的相互作用，導致研發周期長、成本高。長春理工大學與東莞市宇瞳光學科技股份有限公司聯合團隊<sup>[1]</sup>，以<strong>Zemax OpticStudio</strong>為核心工具，通過光機熱集成仿真分析
利用光線追跡可以獲得大量信息，其中包括：
鏡頭設計：評估透鏡曲率或厚度的變化如何影響光傳播和光學性能
制造變化：評估透鏡曲率或其它生產公差的微小偏差如何影響系統性能
空間最大化：優化光學器件中的外殼和封裝空間
感知的改變：了解不同角度的光線將對佩戴或觀看光學設備（包括交通光線會對觀看抬頭顯示器的駕駛員產生怎樣的影響）的用戶的感知產生怎樣的影響
消除失真：識別錯誤光源的來源及其帶來的影響
鏡頭設計是在 Zemax 順序模式下完成的。
幾何錯誤對系統的影響
幾何錯誤可能來自于模型中錯誤，會導致不正確的光線追跡結果。但是，在一些設置完全正確的系統中也有可能會出現偶然幾根光線的幾何錯誤，其主要原因是光線打到了表面之間的不連續處，以至于軟件無法計算下一步追跡的方向。這樣的錯誤光線會被 OpticStudio 的算法舍棄。
編輯軸錐鏡的表面，最右側為軟件內置的不同角度軸錐面
最新發布的VirtualLab Unity套裝支持導入文件進行鏡頭仿真設計，將鏡頭文件導入到VirtualLab Unity之后，可以啟動光線追跡引擎，實現光線追跡及點列圖的繪制。
圖5.
前言
在光學設計領域，鏡頭系統是核心研究對象，鏡頭相關設計與仿真在光學設計中占據著重要比重。傳統鏡頭分析多依托幾何鏡頭設計等專業工具，而在需要精細化衍射分析的實際場景中，光學仿真需兼顧衍射效應等關鍵物理特性。本次我將以像散轉換器為實操案例，為大家講解如何通過 VirtualLab Fusion 導入鏡頭文件，完成包含衍射分析的光學系統仿真。
圖1.
