變焦鏡頭設計的案例
SYNOPSYS 光學設計軟件課程三十八：從零開始設計變焦鏡頭
課程三十八：從零開始設計變焦鏡頭
在某個周五的中午。您的老板跑了進來：“客戶希望在星期一早上8點前收到 8 倍變焦鏡頭”。您從未設計過變焦鏡頭。您的工作不知如何開始？他給您一份設計清單，然后就出去了。現在怎么辦？
如果您有一個設計變焦鏡頭的任務，您可以訪問專利數據庫并嘗試找到類似的鏡頭。這可能需要很長的時間。
但是，如果您選擇 SYNOPSYS? 光學設計軟件,您將有一位很好的助手來幫助您快速的完成這項工作。以下是您需要做的。
1.啟動程序。
2.在命令窗口中輸入 HELP ZSEARCH。打開 10.7.3 節。
3.閱讀整章。但如果您已經知道如何在 SYNOPSYS 上執行其他任務，那么您就能很好的完成工作。
4.設置您對 ZSEARCH 的輸入。鏡頭 F / 3.5，半視場角為 14 度，像高（GIHT）為 5 毫米。
以下是您的 MACro：（C42M1.MAC）
LOG ! 以備日后追跡
PROJ ! 來看看這次運行花了多長時間
CORE 16 ! 在我們的8核超線程電腦上，它的運行速度是原來的8倍ZSEARCH 3 QUIET ! 將結果保存在鏡頭庫位置3
SYSTEM ID ZSEARCH TEST
OBB 0 14 2.85 ! 無限遠的物體，14度的半場，2.85毫米的半光圈。
展開 變焦投影鏡頭設計 | SYNOPSYS 光學設計軟件第71課
概論
成像鏡頭包括定焦鏡頭和變焦鏡頭，我們在日常生活中使用的光學系統大多是可以變焦的，比如手機鏡頭、專業相機的鏡頭、顯微鏡等。
成像鏡頭在很多實際應用中通常也要求具備變焦的能力，如 CCTV 監控鏡頭，紅外探測鏡頭，攝影鏡頭，雙筒望遠鏡等等，鏡頭具備變焦的能力便可以應用于多種環境條件，放大縮小或局部特寫，這是一個定焦鏡頭所無法完成的。
所謂變焦，即鏡頭的焦距在一定范圍可調節，通過改變焦距從而改變系統視場大小，達到不同距離不同范圍景物的成像。我們通常所說的變焦鏡頭一般指攝像鏡頭，即在不改變拍攝距離的情況下通過改變焦距來改變拍攝范圍，因此非常利于畫面構圖。
由于一個系統的焦距在某一范圍可變，相當于由無數多個定焦系統組成的，在設計變焦鏡頭時也是使用類似定焦鏡頭的分析優化方法。
設計要求
設計好的一組鏡頭如果變化鏡片與鏡片之間的空氣厚度，鏡頭的焦距會隨之變化，通常來說一個系統的接收面尺寸大小是固定不變的(像面：CCD 或COMS 或其它探測面)，在基礎光學理論中像面大小、視場和焦距三者有如下關系：
I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
I為像高，f為焦距，θ為視場角度。
這個關系也很容易理解，一個三角形即可。
變焦鏡頭的變焦倍數為長焦距和短焦距比值，也稱為“倍率”。理論定義下，在變焦過程中鏡頭的相對孔徑保持不變，但對于實際的高變倍比系統，由于外形尺寸不希望過大或二級光譜校正等問題，通常在變焦時采取相對孔徑（即F/#） 也跟隨變化的方案。
展開 SYNOPSYS 光學設計軟件課程三十八：從零開始設計變焦鏡頭
SYNOPSYS 光學設計軟件課程三十八：從零開始設計變焦鏡頭
在某個周五的中午。 你的老板跑了進來：“客戶希望在星期一早上8點前收到8倍變焦鏡頭”。 你從未設計過變焦鏡頭。 你的工作不知如何開始？他給你一份設計清單，然后就出去了。 現在怎么辦？
如果您有一個設計變焦鏡頭的任務， 您可以訪問專利數據庫并嘗試找到類似的鏡頭。 這可能需要很長的時間。
但是，如果您選擇SYNOPSYS?光學設計軟件。 你有一位很好的助手來幫助你快速的完成這項工作。以下是你需要做的。
1.啟動程序。
2.在命令窗口中輸入HELP ZSEARCH。 打開10.7.3節。
3.閱讀整章。但如果您已經知道如何在SYNOPSYS上執行其他任務，那么您就能很好的完成工作。
4.設置您對ZSEARCH的輸入。 鏡頭F / 3.5，半視場角為14度，GIHT為5毫米。
以下是你的MACro：（L38M1）
LOG ! to keep track of things later
PROJ ! to see how long this run took
CORE 16 ! on our 8-core hyperthreaded PC, it runs 8 times faster
ZSEARCH 3 QUIET ! save results in library location 3
SYSTEM ID ZSEARCH TEST
OBB 0 14 2.85 ! infinite object, 14 degrees semi field, 2.85 mm semi aperture.
!
展開 免費線上培訓 | 《 SYNOPSYS 成像系統設計 》
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，擁有最強大的優化功能，可快速準確地優化光學系統，可分析各種各樣的復雜光學系統，同時能自動為客戶提供一些較有潛力的初始結構和自動鏡片增刪功能，極大的提高設計效率。
為幫助大家更全面的了解 SYNOPSYS? 光學設計軟件，武漢墨光將于07月27日開展《SYNOPSYS 成像系統設計》免費線上培訓，將通過分享多種設計實例，帶大家更為直觀的學習了解 SYNOPSYS 在光學設計領域的具體應用實操。以下是本次培訓的具體介紹：
培訓主題
SYNOPSYS 成像系統設計
培訓大綱
· SYNOPSYS 軟件介紹
· 單透鏡建模與分析
· 三片式攝影透鏡完整建模流程
· SYNOPSYS 自動增刪功能介紹
· 5片式透鏡設計案例
· 定焦鏡頭設計功能介紹
· 自動玻璃優化功能介紹
· 變焦鏡頭設計功能介紹
· 三倍變焦鏡頭設計實際
· 顯微鏡設計實例
· 投影物鏡設計實例
· 望遠鏡設計實例
· 廣角鏡頭設計實例
· 自由曲面設計
· 公差分析
培訓詳情
舉辦單位：武漢墨光科技有限公司
培訓講師：武漢墨光科技資深光學工程師
培訓時間：2023年07月27日 （上午09：00-12：00，下午14:00-17:00）
報名方式：掃碼即可提前預約會議
# 騰訊會議：629-157-273
溫馨小提示
本次培訓名額有限，滿額請評論留言添加工作人員微信或致電咨詢。
咨詢電話：13396044940
展開 
SYNOPSYS 光學設計 第47課： 一個30倍的變焦鏡頭
我們只糾正了7個變焦位置，在完成設計之前，可能還需要更多的變焦位置，但是前期選擇少量的變焦位置做參考，會使ZSEARCH運行得更快。
打開工作表并將APS命令更改為APS -19。這將產生一個真實的光瞳。
運行ZSEARCH產生的宏。
現在讓我們增加變焦組的數量。輸入以下命令：
CAM 15 SET
運行變焦滑塊，會顯示在變焦范圍內設計得到了很好的糾正，但是在中間的位置會出現離焦。我們預設置為7個變焦位置。讓我們看看變焦組是如何分布的。輸入以下命令：
CAM 100
在這張圖的左端數據變化最快，所以在這一區域，需要分配更多的變焦位置，來控制像差和焦點。輸入以下命令：
CAM 100 APERT
現在這個圖與前面的圖片比例不再相同。我們可以看到左邊的變焦位置比右邊的變焦位置靠得更近。命令如下
ZSPACE NONLIN 1.7
在ZSEARC文件中，更大的非線性值會將它們分布的更廣泛一些；而小于1.0的值會將它們聚集在圖片的左邊區域，這是我們不希望看到的情況。
現在鏡頭已經定義了15個變焦組，同樣聚集在凸輪曲線的左邊，因為鏡頭還沒有被校正。變焦運動是從原來的凸輪曲線插值而來的，只有7個變焦組是準確的。
展開 SYNOPSYS 光學設計軟件課程四十七：一個30倍的變焦鏡頭
wx_fmt=gif"></p><p><br></p><p><strong>課程四十七：一個30倍的變焦鏡頭</strong></p><p>第 38課展示了如何設計8X 變焦鏡頭。現在我們做一個復雜的設計，以30X 變焦為目標，來設計一款變焦鏡頭。</p><p>設計要求如下：</p><p>1. 變焦30倍</p><p>2. 半視場角14°</p><p>3. 最后一面的半孔徑為3mm</p><p>4. 使用11個鏡片</p><p>5. 四組鏡片，其中兩組是用來變焦</p><p>6. 像高5mm</p><p>7. 后焦距20mm</p><p>8. 總長600mm</p><p>9. 物距從無窮遠到5m 范圍內對焦清晰</p><p><br></p><p>ZSEARCH 輸入如下:</p><p><br></p><p><br></p><pre class="ql-syntax" spellcheck="false">LOG ! 以便日后追跡
ON 98
TIME ! 來看看這次運行花了多長時間
CORE 14
ZSEARCH 3 QUIET ! 將結果保存在鏡頭庫位置3
SYSTEM
ID ZSEARCH TEST
OBB 0 14 3 ! 無限遠物距，14度半視場，2.85毫米半孔徑
UNI MM
WAVL CDF
END
GOALS
ZOOMS 7
GROUPS 2 3 4 2 ! 鏡頭有四組，共11個元件
ZGROUP 0 Z Z 0 ! 而第2組和第3組將可移動
ZFOCUS 5000 4 90 5 !
展開 每天一例 | Zsearch優化案例之從零開始設計變焦鏡頭
最快的優化算法
SYNOPSYS?光學設計軟件
ZSEARCH
ZSEARCH程序將搜索鏡頭空間，以找到一個有潛力的初始結構。指定光學系統規 格和所需的變焦結構。然后執行以下步驟:
1. 它構造了一系列候選鏡頭，初始尺寸根據二進制搜索方案或隨機分配，取決于 用戶輸入。這些被定義為ZFILE變焦鏡頭，其中物體坐標根據用戶輸入在變焦之 間變化，并且變焦運動最初都為零。鏡頭至少由三組組成，不超過10組，每組包 含一定數量的鏡片。其中一些組被聲明為變焦組。物體的規格是通過創建變焦組 1和最終變焦組之間的物體來確定的，可以是線性的，也可以是通過一個逆二次 公式確定的。
2. 該程序構造了一個PANT文件，它改變所有面的曲率的半徑、除了最后一個之外 的所有面的厚度，并且改變(如果系統不單波長，并且是可見光)每個鏡片上的 GLM變量。它還可以改變所有變焦組的變焦位置。
3.它跟蹤上邊緣和下邊緣射線，以檢查射線故障，這是常見的。如果找到了，它 將使用像差誤差和前面定義的變量提交一個快速優化。這通常是能夠收斂光線， 然后追跡光線。如果沒有，則在多次嘗試之后跳過該案例。
4. 它使用監視器設置AEC、ACC、AZA和ACA構造一個AANT文件。這些控制邊緣和中 心的厚度，使鏡頭是合理的，并監測變焦鏡片是否重疊和避免折光射接近臨界角。然后在輸入的視場點上添加一組默認光線。(默認值為HBAR = 0 ，0.75和1.0。) 如果系統不是單波長，它還糾正長波長和短波長的光線(從CORDER輸入)。如果默 認波長是(CDF)，這些顏色將是波長1和波長3。
展開 SYNOPSYS 精選設計案例，來武漢墨光直播間帶你演示！
武漢墨光將于2024年3月25日-29日推出為期五天的光學案例免費直播課，每晚19:00-19:30，蹲好【武漢墨光】視頻號直播間，武漢墨光資深光學工程師帶您實操 SYNOPSYS 光學設計案例，每天花費半小時，輕松學習光學設計。
直播內容:
3月25日 19:00-19:30
案例主題 : SYNOPSYS 簡介和初始結構搜索功能
?3月26日 19:00-19:30
案例主題 : SYNOPSYS 激光雷達鏡頭設計
?
?3月27日 19:00-19:30
案例主題 : SYNOPSYS VRpancake 鏡頭設計
?
?3月28日 19:00-19:30
案例主題 : SYNOPSYS 變焦鏡頭設計
?
?3月29日 19:00-19:30
案例主題 : SYNOPSYS 光刻投影鏡頭的設計
?
?直播詳情:
?直播時間 : 2024年3月25日-29日 19:00-19:30
直播講師 ：武漢墨光資深光學工程師
直播報名 ：關注【武漢墨光】視頻號，預約直播
展開 VirtualLab Unity應用：變焦鏡頭
案例說明
變焦鏡頭廣泛應用于攝影、攝像以及機器視覺等領域，憑借其可變焦距設計，實現了視場范圍的靈活切換與成像尺寸的自由調節，兼具結構緊湊、成像清晰和操作便捷等優點。在本案例中，將通過設計一個典型的連續變焦鏡頭光學系統，演示在 VLU 中的光學設計流程，包括初始結構建立、像差分析、評價函數定義，優化以及結果展示。
VirtualLab Unity應用：變焦鏡頭
應用場景
變焦鏡頭廣泛應用于攝影、攝像以及機器視覺等領域，憑借其可變焦距設計，實現了視場范圍的靈活切換與成像尺寸的自由調節，兼具結構緊湊、成像清晰和操作便捷等優點。在本案例中，將通過設計一個典型的連續變焦鏡頭光學系統，演示在 VLU 中的光學設計流程，包括初始結構建立、像差分析、評價函數定義，優化以及結果展示。
案例說明
設計結果
設計結果如下，像質，系統規格、額外系統限制以及加工要求均滿足預期設計目標。
優化后系統的3D光線追跡視圖
初始系統生成
評價函數定義
根據系統規格、額外系統限制以及像質與加工要求，定義了各種與之對應的評價函數。
優化
通過采用LM算法優化后，滿足了像質要求 1、系統規格 2-3、額外系統限制1-2以及加工要求 1-3。
通過采用LM算法優化后，滿足了像質要求 1、系統規格 2-3、額外系統限制1-2以及加工要求 1-3，此外系統規格1在初始系統生成時已滿足。
展開 SYNOPSYS 光學設計軟件--自動設計一組真實鏡頭
概述
(更多精彩光學案例，請關注“武漢墨光”微信公眾號)
? 運行ZSEARCH
? APS固定光闌
? AED自動元件刪除
設置工作目錄
選擇Dbook工作目錄
運行ZSEARCH
點擊Open MACro按鈕 打開C21M1.MAC
點擊Run按鈕
運行ZSEARCH_OPT.MAC，模擬退火(55, 2, 50)
透鏡在變焦位置3
? 點擊右上角Zoom 3按鈕
固定光闌在表面10
在Command Window中輸入WS
在WorkSheet中輸入如下命令并點擊Update APS -10 CSTOP WAP 2
運行ZSEARCH_OPT，模擬退火(55, 2, 50)
AED自動元件刪除
在PANT文件前加入AED 4 QUIET 1 123
運行ZSEARCH_OPT.MAC
點擊Yes，注釋掉AED行，再次優化并模擬退火
總結
本例講述了運行ZSEARCH設計變焦鏡頭，以及APS固定光闌，AED自動元件刪除。
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展開 
SYNOPSYS 光學設計軟件課程五十八：從零開始搜索初始結構的詳細方法
XSYS 專家系統程序，可以從已有的專利樣本中，通過研究透鏡結構學習專家們最佳工作的成功設計，然后應用這些知識來構造新的透鏡配置，但這需要一個有大量設計樣本的數據庫。
ZSEARCH 用于變焦鏡頭設計。
SPBUILD 鞍點法搜索初始結構。
DSEARCH 是最常用最方便的定焦鏡頭初始結構搜索方法。
PSDIII 算法
SYNOPSYS 的初始結構搜索結合了優化功能，并且使用了 PSDIII 算法。其運算速度比傳統的算法快了幾個數量級，因此，使得搜索程序 DSEARCH 具有實用性。每一種情況都可以在幾秒鐘或更短的時間內進行優化，并且在幾分鐘內就可以探索成百上千種不同的透鏡設計樹分支。
DSEARCH 介紹
簡單地說，DSEARCH 就是從平行平板開始進行優化。在運行 DSEARCH 之后會出現十個最好的初始結構供您選擇，同時生成一個基于 DSEARCH 設置的優化宏文件，可以幫助您后續修改參數繼續優化這個結構。
在軟件中使用 DSEARCH 有兩種方法：界面操作和宏文件運行。界面也有兩種類型，簡易界面可以在命令窗口輸入 MDS 跳出，更詳細的界面在菜單的優化+設計搜索下面的 DSEARCH 中打開。
DSEARCH菜單
在 Command Window 中輸入 MDS。
這是在菜單處打開的界面，它比 MDS 更加詳細，可以添加更多的系統要求、變量和評價函數，并且可以在右邊直接生成宏文件，幫助您熟悉各種指令。當您熟練了之后，可以不使用界面，直接在宏文件中編輯所需的數據。
使用宏文件是最快速最便捷的 DSEARCH 方法，也是我們最推薦使用的。在系統上方工具欄的這個按鈕打開一個空白的宏，或者點擊它右邊的按鈕來載入一個現有的宏文件。
展開 線上培訓 |《 SYNOPSYS? 成像設計 》正在招生中
以下是該培訓的大綱介紹：
課程大綱
第一天
· 光學和光學系統
· 光學基礎知識
· 三階像差、高級像差
· SYNOPSYS 界面介紹
· 單透鏡的建模和優化
· 從零開始設計五片式透鏡
· 光學成像質量分析
· 用非球面設計反射式望遠鏡
· 邊緣形狀的定義
· ZEMAX 導入和導出
· SYNOPSYS 設計實例：投影物鏡
第二天
· SYNOPSYS 初始結構搜索指令詳解
· FFB 自由曲面系統設計
· HUD 設計
· 紅外復消色差鏡頭的設計
· 玻璃庫的定義
· 鬼像分析
· 紅外夜視系統冷反射分析
· 無熱化分析
· 變焦鏡頭介紹
· ZSEARCH 變焦鏡頭初始結構搜索
· 8倍和45倍變焦鏡頭設計實例
· 變焦鏡頭凸輪曲線
· 膜層的定義、設計和優化
第三天
· SYNOPSYS 優化指令詳解
· 特殊面型的介紹和實例
· SYNOPSYS 設計和優化實例：
· 非球面手機鏡頭
· 廣角車載鏡頭
· DOE 光束整形器
· 光柵光譜儀
· 公差分析簡介
· TOL公差分析
· BTOL公差分析
· 公差敏感度優化
· 自動對模板工具
· 楔形誤差自動優化
培訓詳情
? 授課說明：
? 本課程為線上直播培訓；
? 培訓內容練習指導，講師答疑；
? 培訓結束后支持錄播回放；
? 為保證課程質量，課程均采用小班制教學模式；
? 報名贈送原價800元《 LENS DESIGN 》英文原版書籍一本。
? 主辦單位：武漢墨光科技有限公司
? 主講人員：武漢墨光資深光學設計工程師
? 收費標準：3600元/人（三人同行享受八折優惠，不與墨光其他優惠同時使用）。
展開 有問必答 | 關于 SYNOPSYS 中命令設計模塊問題匯總一
9.問：我有一個問題，設計沒作完需要停下來，去點擊文件/保存，結果閃一下，又去點另存，又是閃一下，沒給我取名的機會，不知當前文件存哪了？
答：看下工作路徑下的保存日期，或者看下 Command Window 中顯示的保存文件的日志編號。
問：假如在命令行里寫保存鏡頭文件13，那么，怎么打開13呢？還是寫打開鏡頭文件13嗎？在標題欄的打開和保存能用嗎？ 答：打開鏡頭文件，看ID行
10.問：我運行這個宏，提示錯誤的目錄或者玻璃類型？
答：dsearch 的時候只能給正負透鏡分別指定一種玻璃類型，其他玻璃組合可以在后續優化的時候用 gsearch 搜索。
展開 OpTaliX 光學成像與照明設計軟件
特色功能
軟件支持CAM模式，可以實現變焦鏡頭的凸輪曲線設計
集成薄膜設計實現膜層的設計、分析并根據目標進行優化
針對非球面及衍射面型的公差分析
支持POV渲染獲得真實的圖像效果
放置獨立光纖的路徑分析，直觀幫助解決問題
用戶體驗：軟件方便易用，用戶快速掌握
應用
OpTaliX應用的領域包括：
人眼系統、目鏡、顯微鏡系統、望遠鏡系統
照相鏡頭設計、投影系統設計
變焦鏡頭設計、紅外光學系統設計
CCTV鏡頭及手機照相鏡頭設計
梯度折射率自聚焦透鏡等系統設計
衍射全息及干涉測量儀
激光CD、DVD讀取頭
基于衍射傳輸的物理光學計算
菲涅耳透鏡設計
照明光學系統及非序列面型，雜散光分析
光管及光纖耦合系統設計：有源器件及無源器件、單模多模光纖
光學薄膜的設計、分析及優化
案例
免費提供500多個專利文件設計實例，直接讀取或進行轉換。
電話：13510388719
郵箱：market@union-optics.com
網址：www.union-optics.com
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