鏡頭設計的案例
物理光學工程中的光學鏡頭設計及使用
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 線上研討會 | SYNOPSYS 多焦點 DOE 鏡頭設計（免費）
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 【第四講】《SYNOPSYS? 光學鏡頭設計基礎及進階》系列直播課程 4月21日開播
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 SYNOPSYS? 每月一題（第四期）線上研討會：手機鏡頭初始結構自動設計
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 
線上研討會 | SYNOPSYS? 菲涅爾鏡頭設計
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。
展開 SYNOPSYS 光學設計軟件課程十九：DOE 在現代鏡頭設計中的應用
課程十九：DOE在現代鏡頭設計中的應用
在本課中，我們將重新設計一個5片鏡片的鏡頭，然后在某處添加衍射光學元件（DOE），查看是否可以改善其性能。
通過 MDS 對話框中的定義選項將創建一個 MACro，它將運行 DSEARCH 命令，并填充所有數據。
該設計將輸入 F / 3.5，半視場角為25度，孔徑為12毫米。我們選擇使用 SPECIAL AANT 代碼來控制后焦，這樣可以使后焦長度大于 22 毫米。我們還要求主光線角度不能過大。
當我們單擊 OK 按鈕時，程序會加載我們的 MACRO。我們在頂部添加了 CORE 16指令，以加快我們的8核超線程 PC 的速度，并指定一個長延遲（因此它不會要求中止其他內核，這可能需要更長時間）和一個數量為 6 的網格（因為非球面和 DOE 會導致高階孔徑像差）。
我們要設計 DOE 曲面，需要選擇五個視場進行校正。
我們還為每種情況的曲率半徑指定了四個不同的起始值，依次進行研究。請記住，即使對初始條件進行少量更改也可能將 DSEARCH 發送到鏡頭設計樹的不同分支，這將使搜索的案例數量增加四倍。
我們運行這個 MACro 并且看到從 DSEARCH 返回的最好鏡頭，點擊按鈕，模擬退火(50, 2, 50),并不能滿足我們的要求。
我們可以通過增加更多的鏡片數來獲得更好的結果--但是我們希望，通過將其中一個鏡頭，更改為 DOE 來改進我們的鏡頭。該程序為我們創建了一個優化 MACro，使得繼續優化和模擬退火非常容易。讓我們來試試 DOE。在頂部添加另一條 MACro。（“ADA”表示自動 DOE 分配。）
展開 高校云課堂 | SYNOPSYS? 鏡頭設計——中山大學
2021年接近尾聲
武漢墨光與多所高校合辦開展多場高校云課堂
本次武漢墨光科技即將聯合
中山大學
開辦《SYNOPSYS? 鏡頭設計交流會課堂》
希望參與的同學們可以通過此次的課程
了解到更多的實用鏡頭設計案例
課程大綱
1. SYNOPSYS 特色功能介紹
2. SYNOPSYS 界面介紹
3. 單透鏡建模以及優化
4. 庫克三片式鏡頭建模和優化
5. 三片式鏡頭自動搜索和優化
6. 雙高斯鏡頭自動搜索和優化
時間：12月24 下午：15:00-18:00
如您正在開設光學設計這門課程，
對以上高校技術交流會感興趣，
或希望聯合開辦高校聯合實驗室，
可與我們取得聯系。
點擊免費試用中文版
展開 Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 2 部分：光機械封裝
圖 3.機械槍管改裝
將其余的機械部件（例如擋板）添加到設計中，并添加合適的顏色以區分最終設計中的組件。
圖 4.修改后的設計
然后將 CAD 模型保存為裝配文件，復雜的鏡頭設計和進一步分析可以在 Speos 中完成。
使用 Speos 進行復雜的鏡片邊緣建模
首先，使用 .ODX 導入工具位于 Speos 界面的 Light Simulation 選項卡中。
圖 5.將修改后的設計導入 Speos
相機鏡頭組件包含多個鏡頭，編號如下。一些鏡頭邊緣需要使用 Speos 重新設計成復雜的形狀。
零件清單：
紅外濾光片 （A）
鏡頭 （B）
鏡頭 （C）
鏡頭 （D）
鏡頭 （E）
鏡頭 （F）
蓋玻片 （G）
圖 6.相機鏡頭組件
加長鏡片邊緣的幾何要求是將鏡片保持在機械擋板環和主鏡筒之間。
免責聲明：出于顯示目的，紅外濾光片 （A） 和蓋玻片 （G） 保留在鏡筒組件內。在實際應用中，這兩個組件很可能與鏡頭不在同一光學機械子組件中。
添加復雜的鏡頭邊緣
通過在父鏡頭上繪制新設計并圍繞鏡頭的光軸旋轉草圖，可以創建復雜的鏡頭邊緣。在 Speos 界面的草圖模式下，'線' 工具可用于創建復雜的設計。在繪制設計草圖時，需要考慮擋板環的空間。
圖 7.繪制復雜的鏡頭邊緣
當所有新透鏡邊緣的草圖完成后，設計將圍繞光軸旋轉以創建新的實體表面。如圖 8 所示，所有透鏡邊緣都形成一個單獨的固體表面。
圖 8.重新設計的鏡頭組件
下一步將父鏡頭邊緣和添加的鏡頭邊緣合并到一個鏡頭單元中。建議執行以下過程：
要更新 .ODX 文件中，您可以使用剪切、復制和粘貼命令將新的實體表面（在圖 9 中突出顯示）移動到組件中。
展開 VirtualLab Unity光學鏡頭設計流程演示
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PC端：請點擊視頻鏈接觀看
二、 圖文操作演示
摘要
VirtualLab Unity光學鏡頭設計套裝專注于光學系統的分析和設計?？杀挥糜诜治龉鈱W鏡頭的性能，根據設計指標提供最佳方案以及將設計結果導出為CAD文件，與VirtualLab Fusion的共享核心技術，因此透鏡設計模塊文件可以無縫轉入到VirtualLab Fusion中用于后續的跨尺度建模。
在本案例中，將通過設計一個簡單的單透鏡，演示 VirtualLab Unity 中的光學鏡頭設計流程，包括光學性能評估、優化與公差分析。
創建項目
1. 在開始選項卡中，用戶可以創建一個光學透鏡設計項目。
2. 為新項目命名并確認后，將創建一個新的光學透鏡設計項目。
3. 用戶可以在此窗口中定義所需的透鏡結構，在這里我們添加一個單透鏡，可以設置當前透鏡的曲率半徑、坐標和材料。
4. 設置當前透鏡的光源參數。
5. 在“設置”選項卡下可以設置環境參數、是否添加光闌以及光路搜尋設置。
結果展示
1. 透鏡項目設置完成后，可以開始進行分析，軟件提供了豐富的分析方法，包括單光線追跡、3D視圖、波前、光斑圖、像差、RMS以及PSF&MTF等。
2. 以點列圖為例，展示分析結果。
展開 Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 4 部分：用 LS-DYNA 進行沖擊性能分析
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該系列文章將討論智能手機鏡頭模組設計的挑戰，從概念和設計到制造和結構變形分析。本文是四部分系列中的第四部分，它涵蓋了相機鏡頭的顯式動態模擬，以及對光學性能的影響。使用 Ansys Mechanical 和 LS - DYNA 對相機在地板上的一系列沖擊和彈跳過程進行顯式動力學模擬，其中 LS - DYNA 用于解決跌落物理問題，然后通過 STAR 工具將其導入Ansys Zemax OpticStudio Enterprise，進而研究對光學性能產生的影響。
Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 1 部分：光學設計
Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 2 部分：光機械封裝
介紹
Ansys LS-DYNA (LS-DYNA)與本系列文章前面部分的Ansys工具（Ansys Zemax OpticStudio、Speos、Mechanical 和 Workbench）一起，可以將仿真工作流擴展為顯式動力學，LS-DYNA 廣泛用于各種分析，它的核心能力之一是顯式動態。Ansys LS-DYNA適用于分析涉及接觸、大變形、非線性材料、瞬態響應和/或需要顯式解決方案的問題。
LS - DYNA Workbench 系統（WB LS - DYNA）允許用戶使用 LS - DYNA 求解器對模型進行顯式動力學分析。雖然它允許在一個環境中進行預處理、求解和后處理，但該工作流需要結合使用 WB LS - DYNA 和 LS Prep - Post 進行高級后處理。
與本系列文章的第3部分“Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 3 部分：使用 STAR 模塊和 ZOS-API 進行 STOP 分析”類似，本部分也使用 Ansys Mechanical 生成 FEA 數據集。
展開 Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 4 部分：用LS-DYNA進行沖擊性能分析
<p><span style="color: rgb(63, 63, 63);">該系列文章將討論智能手機鏡頭模組設計的挑戰，從概念和設計到制造和結構變形分析。本文是四部分系列中的第四部分，它涵蓋了相機鏡頭的顯式動態模擬，以及對光學性能的影響。使用Ansys Mechanical和LS-DYNA對相機在地板上的一系列沖擊和彈跳過程進行顯式動力學模擬，其中 LS - DYNA 用于解決跌落物理問題，然后通過STAR工具將其導入Ansys Zemax OpticStudio Enterprise，進而研究對光學性能產生的影響。</span></p><p><br></p><ul><li><a href="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIxNzE5MDU4Mg==&mid=2650053772&idx=1&sn=ad09702fc3eaa58fea37843a4da28372&chksm=8ffda555b88a2c435b05a01dad0b8006e8c421d11de7e515c13f895c883f93fb34b195241f01&token=1134198106&lang=zh_CN#rd" rel="noopener noreferrer" target="_blank" style="color: rgb(63, 63, 63);">Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 1 部分：光學設計</a></li><li><a href="https://mp.weixin.qq.com/s?
展開 
SYNOPSYS 光學設計軟件課程六十二：日夜共焦鏡頭設計
課程六十二：日夜共焦鏡頭設計
目前市場主流的幾種夜視成像技術：
1.主動紅外成像；
2.微光夜視（被動）；
3.紅外熱成像儀—可全黑環境檢測到目標物體。
本文分享一款日夜共焦車載鏡頭，鏡頭指標如下：
1.波段：可見光+近紅外光0.85nm
2.視場角：2w=120°
3.F數：2.0
4.總長小于20mm
5.焦距：f=2.4mm
6.畸變小于20%
7.RMS光斑半徑小于6um
搜索前端宏文件：
評論留言聯系工作人員獲取代碼
根據搜索前端進行搜索初始結構的宏文件：
評論留言聯系工作人員獲取代碼
SPEC鏡頭數據列表
畸變
插入光闌
固定第一片透鏡曲率
進行優化并模擬退火
命令窗口輸入MRG插入真實玻璃
最終結果
SPEC鏡頭數據列表
畸變
RMS光斑半徑
以上為本文分享的一個日夜共焦的車載鏡頭。
展開 SYNOPSYS 光學設計軟件課程六十四：超廣角鏡頭設計
課程六十四：超廣角鏡頭設計
廣角鏡頭是一種焦距短于標準鏡頭、視角大于標準鏡頭、焦距長于魚眼鏡頭、視角小于魚眼鏡頭的攝影鏡頭。廣角鏡頭又分為普通廣角鏡頭和超廣角鏡頭兩種。
本文展示的就是如何通過對 Dsearch 宏進行限制來搜索出一個合理的超廣角鏡頭的初始結構并對其進行后續優化完善。
下面將給出一個案例：
1. 波段：VIS
2. FNUM=3.2
3. 像高：y=3.38mm
4. 視場角：2w=170°
5. 焦距：f=2.2
6. 后焦：BFL=8mm
7. 總長：VL=16mm
搜索宏文件：
評論留言聯系工作人員獲取代碼
搜索出的初始結構：
SPEC 鏡頭數據列表：
將第一片透鏡的前后表面曲率半徑進行固定，分析鏡頭的結構是否合理，如下圖，可以發現第六，第七片透鏡的距離過近導致結構錯誤，通過修改 ACC 命令行來控制相對位置,后執行優化。
展開 紫外光刻鏡頭設計 | SYNOPSYS 光學設計軟件第77課
二.光刻鏡頭的概述
整個集成電路制造過程中，光刻的步驟需要重復幾十次。
光刻技術水平限制了集成電路性能提升和關鍵尺寸的進一步減小。
光刻工藝的核心是對準和曝光，都是通過光刻鏡頭實現的。
光刻鏡頭的功能原理和投影物鏡是相似的，但是設計難度和成像質量要求比普通投影物鏡高得多。紫外光刻鏡頭的作用是將投射光源產生的光場聚焦到光刻膠層上，并保持所需的分辨率和圖形質量。這些鏡頭通常使用紫外光源（波長通常在250至450納米之間），因為紫外光的短波長使得能夠獲得更高的分辨率。
紫外光刻鏡頭的主要特點包括：
1.高分辨率：紫外光的短波長使得光刻圖案可以獲得更高的分辨率，從而實現更小尺寸的芯片結構。
2.平面波前：紫外光刻鏡頭需要保持圖案的平面波前，以確保圖案的投影在整個芯片表面上都是均勻的。
3.大視場：紫外光刻鏡頭通常需要具有較大的視場，以便在單次曝光中覆蓋整個芯片區域。
4.低畸變：鏡頭設計需要盡可能減小像差和畸變，以確保投影的圖案保持形狀和精確度。
三．透射式光刻物鏡：
SYNOPSYS 的 DSEARCH 功能可以直接從零開始搜索初始結構。
由于光刻物鏡的鏡片數非常多，可以通過搜索前后兩部分的結構，再通過拼接優化的方式進行設計。
這是光刻鏡頭的前半部分以及搜索的 DSEARCH 文件，輸入的參數包括物方系統定義、元件數、F數、總長、后焦、材料、邊界條件等。搜索這樣一個11片全新的鏡頭所需要的時間不到5分鐘。
展開 VirtualLab Unity光學鏡頭設計流程演示
VirtualLab Unity光學鏡頭設計套裝專注于光學系統的分析和設計。可被用于分析光學鏡頭的性能，根據設計指標提供最佳方案以及將設計結果導出為CAD文件，與VirtualLab Fusion的共享核心技術，因此透鏡設計模塊文件可以無縫轉入到VirtualLab Fusion中用于后續的跨尺度建模。
摘要
二、 圖文操作演示
