高端光學(xué)鏡頭系統(tǒng)的案例
線上免費講座 | 光學(xué)鏡頭——離軸系統(tǒng)、HUD 系統(tǒng)等設(shè)計
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物理光學(xué)工程中的光學(xué)鏡頭設(shè)計及使用
光學(xué)設(shè)計階段的成像質(zhì)量評價原則,是基于長期光學(xué)設(shè)計和加工實踐反復(fù)摸索、總結(jié)規(guī)律而產(chǎn)生的理論。但是,根據(jù)這些評價原則對鏡頭進行評價,并不能代替未來產(chǎn)品的實際成像質(zhì)量,最終的成像質(zhì)量評價有待于產(chǎn)品生產(chǎn)制造出來后對產(chǎn)品通過各種儀器進行測試和實際使用效果進行檢驗。一般而言,根據(jù)使用要求所進行的設(shè)計,總是預(yù)示著加工成產(chǎn)品之后的使用效果,兩者之間是有機聯(lián)系著的,有相對的一致性,存在著“變成”和“體現(xiàn)”的關(guān)系。在實際設(shè)計當中“最好的”、“成像質(zhì)量最優(yōu)化的”未必就是實際工程實現(xiàn)“最合適”的系統(tǒng)。從工程設(shè)計的角度看,一個成功的設(shè)計系統(tǒng)往往并不是選用最高精尖的技術(shù)手段和材質(zhì)完成系統(tǒng)設(shè)計,而是以能夠完成設(shè)計要求、成本最低為指導(dǎo)原則的。設(shè)計結(jié)果體現(xiàn)使用要求的成像質(zhì)量評價問題極為重要,它需要設(shè)計人員不斷摸索實踐,涉獵相關(guān)邊緣學(xué)科,培養(yǎng)系統(tǒng)工程思維。
總而言之,光學(xué)鏡頭是由一系列透鏡單元組合而成的,其設(shè)計是極具創(chuàng)造力的工作,設(shè)計人員必須基于經(jīng)驗和敏銳的洞察力來了解各種各樣光學(xué)象差的特性。據(jù)了解,現(xiàn)代光學(xué)鏡頭的設(shè)計是可以用來挑戰(zhàn)膠片顆粒的極限的。透鏡從理論上講可以有效地集中光線,可以制成完美無缺的光學(xué)鏡片,但理想化的完美鏡片實際上至今尚未被設(shè)計成功,因為在實際生產(chǎn)時,限于材料和條件因素,制造出來的光學(xué)鏡片并不能達到完全理想的狀態(tài),多少會存在偏差現(xiàn)象。
展開 光學(xué)鏡頭行業(yè)白皮書報告
隨著日本光學(xué)鏡頭制造工業(yè)的成熟和應(yīng)用產(chǎn)品的日益增加，光學(xué)產(chǎn)品成本降低日本的光學(xué)技術(shù)也逐漸擴散到鄰近國家和地區(qū)。包括臺灣、韓國以及中國大陸在光學(xué)鏡頭生產(chǎn)上規(guī)模日益擴大涌現(xiàn)出了像臺灣大立光、亞洲光學(xué)等具有世界先進水平的企業(yè)。近幾年來光學(xué)鏡頭產(chǎn)業(yè)迅速向中國大陸轉(zhuǎn)移，中國大陸正逐步成為世界光學(xué)鏡頭的主要加工生產(chǎn)地。成像像素升級的放緩，給中國大陸的光學(xué)鏡頭企業(yè)留下追趕空隙，安防、車載等應(yīng)用領(lǐng)域以及其他新興應(yīng)用市場產(chǎn)生了一批差異化競爭企業(yè)。目前中國安防市場迅速發(fā)展 海康威視大華股份等國內(nèi)安防龍頭企業(yè)與博世、安訊士等世界知名安防企業(yè)展開充分競爭，國產(chǎn)化替代正在加速。在高分辨率定焦、星光級定焦、大倍率變焦、超高清、光學(xué)防抖、安防監(jiān)控一體機鏡頭等中高端光學(xué)鏡頭方面，以舜宇光學(xué)、聯(lián)合光電、宇瞳光學(xué)等為代表的國內(nèi)企業(yè)經(jīng)過持續(xù)研發(fā)積累，逐步打破了日本、德國技術(shù)壟斷，迎來發(fā)展良機。
目前，光學(xué)鏡頭行業(yè)高端產(chǎn)品如相機鏡頭、醫(yī)用內(nèi)窺鏡鏡頭和高端安防監(jiān)控攝像頭等主要還是集中在日本和德國等光學(xué)鏡頭起步早的發(fā)達國家。高端的大倍率變焦、超高清、光學(xué)防抖、一體機鏡頭等高端領(lǐng)域，國內(nèi)只有聯(lián)合光電為代表的少數(shù)幾家開始涉足，經(jīng)過持續(xù)的研發(fā)積累，逐步打破了日本企業(yè)在該領(lǐng)域的技術(shù)壟斷。
展開 VirtualLab Unity光學(xué)鏡頭設(shè)計流程演示
VirtualLab Unity光學(xué)鏡頭設(shè)計套裝專注于光學(xué)系統(tǒng)的分析和設(shè)計。可被用于分析光學(xué)鏡頭的性能，根據(jù)設(shè)計指標提供最佳方案以及將設(shè)計結(jié)果導(dǎo)出為CAD文件，與VirtualLab Fusion的共享核心技術(shù)，因此透鏡設(shè)計模塊文件可以無縫轉(zhuǎn)入到VirtualLab Fusion中用于后續(xù)的跨尺度建模。
摘要
二、 圖文操作演示
VirtualLab Unity光學(xué)鏡頭設(shè)計流程演示
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二、 圖文操作演示
摘要
VirtualLab Unity光學(xué)鏡頭設(shè)計套裝專注于光學(xué)系統(tǒng)的分析和設(shè)計。可被用于分析光學(xué)鏡頭的性能，根據(jù)設(shè)計指標提供最佳方案以及將設(shè)計結(jié)果導(dǎo)出為CAD文件，與VirtualLab Fusion的共享核心技術(shù)，因此透鏡設(shè)計模塊文件可以無縫轉(zhuǎn)入到VirtualLab Fusion中用于后續(xù)的跨尺度建模。
在本案例中，將通過設(shè)計一個簡單的單透鏡，演示 VirtualLab Unity 中的光學(xué)鏡頭設(shè)計流程，包括光學(xué)性能評估、優(yōu)化與公差分析。
創(chuàng)建項目
1. 在開始選項卡中，用戶可以創(chuàng)建一個光學(xué)透鏡設(shè)計項目。
2. 為新項目命名并確認后，將創(chuàng)建一個新的光學(xué)透鏡設(shè)計項目。
3. 用戶可以在此窗口中定義所需的透鏡結(jié)構(gòu)，在這里我們添加一個單透鏡，可以設(shè)置當前透鏡的曲率半徑、坐標和材料。
4. 設(shè)置當前透鏡的光源參數(shù)。
5. 在“設(shè)置”選項卡下可以設(shè)置環(huán)境參數(shù)、是否添加光闌以及光路搜尋設(shè)置。
結(jié)果展示
1. 透鏡項目設(shè)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(jié)果。
展開 ASAP 高級光學(xué)系統(tǒng)分析軟件，光學(xué)系統(tǒng)雜散光分析與控制第28屆培訓(xùn)班
ASAP 高級光學(xué)系統(tǒng)分析軟件，光學(xué)系統(tǒng)雜散光分析與控制第28屆培訓(xùn)班
Ansys Zemax | 手機鏡頭設(shè)計 - 第 1 部分：光學(xué)設(shè)計
本文是3篇系列文章的一部分，該系列文章將討論智能手機鏡頭模組設(shè)計的挑戰(zhàn)，從概念、設(shè)計到制造和結(jié)構(gòu)變形的分析。本文是三部分系列的第一部分，將專注于OpticStudio中鏡頭模組的設(shè)計、分析和可制造性評
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簡介
智能手機已成為我們?nèi)粘Ｉ畹闹匾M成部分，并包含大量高科技光學(xué)系統(tǒng)，以滿足對出色成像性能的需求。大多數(shù)智能手機在有限的空間內(nèi)安裝了多個復(fù)雜且低成本的相機單元。這對設(shè)計師和制造商都提出了挑戰(zhàn)。注塑成型的塑料透鏡需要精確的裝配，確保每個模塊在安裝時都可正常工作。
手機鏡頭規(guī)格
手機鏡頭是小型相機，這意味著在設(shè)計的時候要最大限度地減少它們在手機中占用的空間。它們重量輕，可在低F#下捕獲高質(zhì)量圖像。手機鏡頭的通常規(guī)格是一個非常短的系統(tǒng)（總長（TOTR）<5mm），因為手機越來越薄，通常奈奎斯特頻率下的 MTF>0.2/0.25（這是由探測器像素的大小決定的），系統(tǒng)將具有大視場角和快F#。
讓我們看一個來自專利（1）的手機鏡頭的例子：
· 快 F/2.0
· 有效焦距f：@2.4mm艾里斑半徑=1.22λf#≈1.22μm
· 全視場角=95度
· 像素尺寸=2.5μm。像素大小接近Airy斑大小。根據(jù)定義，奈奎斯特頻率是2個像素作為一個周期。對于2.5μm的像素尺寸，它的一個周期是5.0μm，因此對應(yīng)的奈奎斯特頻率為200線對/毫米。奈奎斯特頻率下大于20%的MTF是可接受圖像質(zhì)量的典型最小對比度。
· 傳感器1280 x 720像素。這是1MP（百萬像素）。盡管就現(xiàn)代智能手機相機的分辨率而言，它不是頂級的（當前的智能手機鏡頭可能使用12MP左右），但它仍然可用于監(jiān)控和其他小型光學(xué)應(yīng)用。
展開 SYNOPSYS光學(xué)設(shè)計軟件--鏡頭優(yōu)化中的混沌
概述
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? 3參數(shù)評估圖
? 自動光線故障校正
設(shè)置工作目錄
選擇Dbook工作目錄
初始透鏡
點擊按鈕，打開C27M1，點擊 按鈕
3參數(shù)評估圖
點擊按鈕，打開C27M1，點擊 按鈕
自動光線故障校正
將SYNOPSYS 100 改為SYNOPSYS 100 0 FIX
點擊， 再次運行C27M2.MAC
總結(jié)
本例探索 SYNOPSYS 的一個強大功能：它可以進 行參數(shù)研究，顯示兩個變量對第三個變量的影響。 本例研究了第2個面和第3個面曲率變化對評價函數(shù) 的影響。
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SYNOPSYS光學(xué)設(shè)計軟件-- 實用相機鏡頭
（更多精彩光學(xué)案例，請關(guān)注“武漢墨光”微信公眾號）
SYNOPSYS 光學(xué)設(shè)計軟件---實際鏡頭開發(fā)
SYNOPSYS 實際鏡頭開發(fā)
概述
(更多精彩技術(shù)案例，請關(guān)注“武漢墨光”微信公眾號)
? APS設(shè)置光闌
?,ZFILE變焦鏡頭
? STRAIN計算
? 分裂透鏡
? AED刪除元件
設(shè)置工作目錄
選擇Dbook工作
第一次優(yōu)化
? 點擊Open MACro按鈕 ,打開C19M1.MAC
? 點擊Open，點擊Run按鈕
再次優(yōu)化
? 運行DSEARCH_OPT.MAC，點擊Run按鈕 ? 點擊按鈕 ，模擬退火(50, 2, 5)
設(shè)置光闌在表面9
APS意思是光闌在表面9，正數(shù)表示近軸光線光瞳求解，負數(shù)表示實際光線光瞳求解
? 在Command Window中輸入如下命令
? CHG
? APS -9
? E
? 再次運行DSEARCH_OPT.MAC并模擬退火
ZFILE變焦鏡頭
在Command Window中輸入AEE，在打開的新編輯器中輸入以下命令，點擊Run按鈕
點擊右上角數(shù)字2
變焦鏡頭
點擊Open MACro按鈕 ，打開C19M2.MAC
點擊Open，點擊Run按鈕
點擊按鈕 ，模擬退火(50, 2, 50)
STRAIN計算
STRAIN P,Strain定義為該元件的三階和五階像差的平方和
分裂透鏡
STORE 1,WS,點擊Split Double按鈕 點擊表面7和表面8之間，分開元件
,點擊表面7和表面8之間，分開元件
更改表面9
在WorkSheet中選中表面9,添加命令9 GLM，點擊Update按鈕,點擊Checkpoint按鈕 ，關(guān)閉WorkSheet,執(zhí)行C19M1.MAC并模擬退火(50, 2, 50)
AEI插入元件
在Command Window中輸入GET 1,在C19M2.MAC的PANT
展開 SYNOPSYS 光學(xué)設(shè)計軟件課程十七：實際鏡頭的自動設(shè)計
然后我們對系統(tǒng)的總長設(shè)置上限。
如果我們將光闌分配到不同的表面會發(fā)生什么？試試看！并試驗 RSTART 的結(jié)果。您所做的每個更改都會將程序發(fā)送到樹的不同分支。您可以使用這些工具快速識別出許多有前途的設(shè)計。
Ansys Zemax | 手機鏡頭設(shè)計 - 第 1 部分：光學(xué)設(shè)計
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本文是 4 篇系列文章的第一部分，該系列文章將討論智能手機鏡頭模組設(shè)計的挑戰(zhàn)，涵蓋了從概念、設(shè)計到制造和結(jié)構(gòu)變形的分析，并重點介紹OpticStudio中鏡頭模組的設(shè)計、分析和可制造性評估。
簡介
智能手機已成為我們?nèi)粘Ｉ畹闹匾M成部分，并包含大量高科技光學(xué)系統(tǒng)，以滿足對出色成像性能的需求。大多數(shù)智能手機在有限的空間內(nèi)安裝了多個復(fù)雜且低成本的相機單元。這對設(shè)計師和制造商都提出了挑戰(zhàn)。注塑成型的塑料透鏡需要精確的裝配，確保每個模塊在安裝時都可正常工作。
手機鏡頭規(guī)格
手機鏡頭是小型相機，這意味著在設(shè)計的時候要最大限度地減少它們在手機中占用的空間。它們重量輕，可在低F#下捕獲高質(zhì)量圖像。手機鏡頭的通常規(guī)格是一個非常短的系統(tǒng)（總長（TOTR）<5mm），因為手機越來越薄，通常奈奎斯特頻率下的MTF>0.2/0.25（這是由探測器像素的大小決定的），系統(tǒng)將具有大視場角和快F#。
讓我們看一個來自專利（1）的手機鏡頭的例子：
? 快 F/2.0
? 有效焦距f：@2.4mm艾里斑半徑=1.22λf#≈1.22μm
? 全視場角=95度
? 像素尺寸=2.5μm。像素大小接近Airy斑大小。根據(jù)定義，奈奎斯特頻率是2個像素作為一個周期。對于2.5μm的像素尺寸，它的一個周期是5.0μm，因此對應(yīng)的奈奎斯特頻率為200線對/毫米。奈奎斯特頻率下大于20%的MTF是可接受圖像質(zhì)量的典型最小對比度。
? 傳感器1280 x 720像素。這是1MP（百萬像素）。盡管就現(xiàn)代智能手機相機的分辨率而言，它不是頂級的（當前的智能手機鏡頭可能使用12MP左右），但它仍然可用于監(jiān)控和其他小型光學(xué)應(yīng)用。此外，這里主要介紹與現(xiàn)代智能手機光學(xué)等應(yīng)用相關(guān)的概念和方法。
展開 SYNOPSYS 光學(xué)設(shè)計軟件課程二十一：設(shè)計無熱化鏡頭
課程二十一：設(shè)計無熱化鏡頭
本課程將介紹如何設(shè)計一個必須在寬溫度范圍內(nèi)保持對焦的鏡頭。
首先，我們必須討論 “achrotherm” 的概念，它適用于同時校正色差和溫度變化的鏡頭。這個理論實際上非常簡單，你可以閱讀 Applied Optics Vol.33，NO.34，8009 - 8013（1994年12月1日）。
要設(shè)計這種系統(tǒng)，必須選擇符合特殊要求的兩種類型的玻璃。可以使用玻璃庫顯示（MGT）找到它們，在此處單擊“圖形”按鈕，然后選擇“熱屬性 Thermal”。
在這種情況下的圖表顯示橫坐標上的數(shù)量 1/V 和縱坐標上的數(shù)量 β。后者定義為
其中是玻璃的熱膨脹系數(shù)，n 是折射率，dn/ dt 取自玻璃庫。我們的想法是在圖表上選擇兩種玻璃并繪制一條連接它們的線。將此線向右延伸至 1/V 等于零的位置。縱坐標軸讀取的截距值是透鏡絕熱所需的殼體的 CTE。
該特征需要知道殼體材料的熱膨脹系數(shù)。我們打開鏡頭文件并聲明該材料為鋁 6061：
現(xiàn)在我們可以使用玻璃庫并選擇一些可能的玻璃對。在 MGT中，選擇 Ohara 目錄并查看熱性能，如上所述。該程序在右側(cè)繪制綠色符號。單擊最左側(cè)的玻璃，在該玻璃和符號之間畫一條線。
連線的起點從玻璃 S-開始。現(xiàn)在需要另一個接近同一條線的玻璃。S-FPM3 類型非常接近，所以這兩種玻璃很適合配對。有第二組可能很有用，所以我們點擊玻璃 S-LAH79，然后在新線上看到 S-FTL10 型。
我們選擇了四種玻璃類型。現(xiàn)在讓我們設(shè)計一個使用這些玻璃的鏡頭，希望可以控制熱性能。
我們創(chuàng)建了一個 DSEARCH MACro，僅指定我們找到的前兩個玻璃。首先查看性能，然后再查看一下熱性能。可以從對話框 MDS 輸入。
展開 SYNOPSSY光學(xué)設(shè)計軟件--- 在現(xiàn)代鏡頭設(shè)計中使用 DOE
設(shè)置工作目錄
選擇Dbook工作目錄
填DSEARCH菜單MDS按圖中填好數(shù)據(jù)并存入待命名的宏中，例子已經(jīng)存入C23M1中，并修改了點擊 按鈕打開C23M1點擊 按鈕
優(yōu)化并模擬退火運行DSEARCH_OPT.MAC點擊 按鈕，模擬退火(50, 2, 50)
用ADA添加DOE在DSEARCH_OPT的PANT文件前添加命令A(yù)DA 5 QUIET點擊 按鈕ADA的意思是Automatic DOE Assignment，自動衍射光學(xué)元件分配
A添加第二個DOE
在PANT文件中添加，VY 9 G 16、VY 9 G 26、VY 9 G 27、VY 9 G 28、VY 9 G 29
再次運行DSEARCH_OPT。
怎么知道哪些 G 變量有變化，在Help文件中輸入USS，選擇Type，16您會看到這些系數(shù)將從 2 到 8 階改變基本曲率和OPD 項。
展開 SYNOPSYS 光學(xué)設(shè)計軟件課程四十一：設(shè)計一個超廣角的鏡頭
課程四十一：設(shè)計一個超廣角的鏡頭
如何使用 DSEARCH 設(shè)計廣角鏡頭。 如果在 DSEARCH 文件的 SYSTEM 部分中輸入廣角的規(guī)格，則很可能沒有任何可以實現(xiàn)的初始結(jié)構(gòu)，原因很簡單，光線無法通過。DSEARCH 可以糾正某些光線故障，但通常無法優(yōu)化此類系統(tǒng)。
在這種情況下，有一個相當簡單的方法可以很好地實現(xiàn)：首先畫出一個前端，將光束轉(zhuǎn)換成一個角度較小的光束，然后從那里開始，用 USE CURRENT 聲明該部分。下面是一個例子：
我們想設(shè)計一個半視場角為 92.4 度的鏡頭，F(xiàn) 數(shù)為2.0。我們將使用塑膠制作非球面透鏡。首先，我們必須創(chuàng)建一個可追跡的前端。
我們從一個含兩個鏡片組的簡單系統(tǒng)開始，并指定用于廣角的物體類型 OBD，并在表面5上聲明一個近軸光闌。我們從一個中等角度開始，比如50度，然后，使用 WorkSheet? 滑塊，給元件一些負的光焦度，并將它們向右彎曲。當看起來效果很好時，增加 OBD 視場角，以這種方式繼續(xù)，直到我們達到所需的92.4度角。
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