光學鏡頭設計的案例
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 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。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。
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 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
線上免費講座 | 光學鏡頭——離軸系統、HUD 系統等設計
免費線上光學鏡頭直播講座來啦，關注武漢墨光公眾號參加此次直播課，本次墨光線上直播講座聯合技服管家平臺開展此次課程。
【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 高校云課堂 | 安徽工業大學 ，光學設計在線互動課
繼剛結束的金陵科技學院
高校云課堂在線互動課
《SYNOPSYS? 智能光學設計》之后
武漢墨光又迎來了本場云課堂
本次聯合高校是
安徽工業大學
光電專業
同樣精彩的光學設計在線互動課
希望同學們通過本次課程
了解軟件帶給大家的設計智能
參加本次課程的同學
還可以獲取更多的學習資料哦
同樣也能學習更多實用的鏡頭設計案例
課程大綱
1、SYNOPSYS? 光學設計軟件的用法介紹；
2、SYNOPSYS? 獨特的功能介紹；
3、設計案例:①相機鏡頭設計 ②廣角鏡頭設計 ③變焦鏡頭設計 ④離軸反射式鏡頭設計；
4、答疑。
展開 高校云課堂 | 金陵科技學院，光學設計在線互動課
在2020年里，武漢墨光聯合各大高校與光機所
舉
辦多場高校云課堂
《SYNOPSYS? 智能光學設計》
同學們也收獲頗豐
2021年武漢墨光又迎來了今年首次
高校云課堂在線互動
本次聯合高校是
金陵科技學院
材料科學與工程（視光材料與應用）
眼視光學專業
同樣精彩的光學設計在線互動課
希望同學們通過本次課程
了解軟件帶給大家的設計智能
參加本次課程的同學
還可以獲取更多的學習資料哦
同樣也能學習更多實用的鏡頭設計案例
課程大綱
1、SYNOPSYS? 光學設計軟件的用法介紹；
2、SYNOPSYS? 獨特的功能介紹；
3、設計案例:①相機鏡頭設計 ②廣角鏡頭設計 ③變焦鏡頭設計 ④離軸反射式鏡頭設計；
4、答疑。
展開 SYNOPSYS? 智能光學設計 | 浙江大學高校云課堂即將開講
00-15：30
課前小提示
?1 : 推薦同學們看這本光學設計的書，《光學設計:自動與準自主計算方法與技術》一書由美國光學系統設計（OSD）公司 Dilworth 先生（SYNOPSYS? 軟件編寫者）出版，是一本關于現代光學鏡頭設計方法的經典著作。
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 每周更新三個課程 | SYNOPSYS?光學設計實例
塞洛爾透鏡
第二十八課 科丁頓方程組
第二十九課 三片式透鏡及其緊湊成像
第三十課 斯特列爾比
第三十一課 軸向光強和焦深
第三十二課 匹茲萬透鏡
第三十三課 調制傳遞函數：像質V
第三十四課 零位校準透鏡的設計
第三十五課 重點歸納
申請試用中文版
光學軟件供應 軟件定制開發
科學計算軟件 機械設計軟件
光學軟件培訓 光學解決方案
光學儀器設備 光學鏡頭設計
高校輔助教學方案 BSDF測量
衍射光學元件設計開發
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電話：18696118912
郵箱：market@asdoptics.com
網址：www.asdoptics.com
展開 Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 1 部分：光學設計
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計的挑戰，從概念、設計到制造和結構變形的分析。本文是三部分系列的第一部分，將專注于OpticStudio中鏡頭模組的設計、分析和可制造性評
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聯系工作人員獲取附件
簡介
智能手機已成為我們日常生活的重要組成部分，并包含大量高科技光學系統，以滿足對出色成像性能的需求。大多數智能手機在有限的空間內安裝了多個復雜且低成本的相機單元。這對設計師和制造商都提出了挑戰。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。
手機鏡頭規格
手機鏡頭是小型相機，這意味著在設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#下捕獲高質量圖像。手機鏡頭的通常規格是一個非常短的系統（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），但它仍然可用于監控和其他小型光學應用。
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回顧 | SYNOPSYS? 每月一題（第五期）線上研討會：FP測風儀光學系統設計
愿意提供設計指標的朋友可以掃碼填寫您的設計指標
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展開 SYNOPSYS 光學設計軟件課程十七：實際鏡頭的自動設計
課程十七：實際鏡頭的自動設計
在第15課中，我們用 DSEARCH 開發了一個七片透鏡的鏡頭，然后將設計變成變焦鏡頭，這樣我們就可以校正兩個不同的物體共軛點。我們發現我們需要在 AEI 中新增一個透鏡來提高性能。這項工作是單調乏味的，但我們時刻需要知道，我們的目標是什么。
由于 DSEARCH 不了解變焦鏡頭，我們得到的是一個非常好的定焦鏡頭 - 然后我們增加了新的要求，以便在更短的距離內進行對焦。所以從 DSEARCH 設計出的鏡頭沒有被選中。這始終是一個選擇的過程。也許他們不一定是最好的初始結構。
如果搜索例程可以監視兩個不同共軛點的性能，那不是很好嗎？然后設計出來的鏡頭性能還不錯。到目前為止，我們對 ZSEARCH 還沒有具體介紹，它與 DSEARCH 類似，不過它適用于變焦鏡頭。讓我們通過使用 ZSEARCH 的輸入來練習這個內容。（此時您應該在 UM 中查看 ZSEARCH ，以便更好地使用。）
展開 Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 1 部分：光學設計
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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計的挑戰，涵蓋了從概念、設計到制造和結構變形的分析，并重點介紹OpticStudio中鏡頭模組的設計、分析和可制造性評估。
簡介
智能手機已成為我們日常生活的重要組成部分，并包含大量高科技光學系統，以滿足對出色成像性能的需求。大多數智能手機在有限的空間內安裝了多個復雜且低成本的相機單元。這對設計師和制造商都提出了挑戰。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。
手機鏡頭規格
手機鏡頭是小型相機，這意味著在設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#下捕獲高質量圖像。手機鏡頭的通常規格是一個非常短的系統（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），但它仍然可用于監控和其他小型光學應用。此外，這里主要介紹與現代智能手機光學等應用相關的概念和方法。
展開 SYNOPSYS 光學設計軟件課程二十一：設計無熱化鏡頭
課程二十一：設計無熱化鏡頭
本課程將介紹如何設計一個必須在寬溫度范圍內保持對焦的鏡頭。
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）。
要設計這種系統，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量 1/V 和縱坐標上的數量 β。后者定義為
其中是玻璃的熱膨脹系數，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。我們打開鏡頭文件并聲明該材料為鋁 6061：
現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。該程序在右側繪制綠色符號。單擊最左側的玻璃，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。現在讓我們設計一個使用這些玻璃的鏡頭，希望可以控制熱性能。
我們創建了一個 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。
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