鏡頭的案例
光學(xué)鏡頭行業(yè)白皮書報告
在世界范圍內(nèi)，發(fā)達工業(yè)國家的光學(xué)鏡頭制造工藝較為領(lǐng)先，尤其是德國和日本在鏡頭的研究與制造方面擁有悠久的歷史與傳統(tǒng)，造就了萊卡( Leica )和卡爾禁司( CarlZeiss )等光學(xué)巨頭，其中卡爾禁司鏡頭至今仍為世界鏡頭制造技術(shù)的典型代表。日本光學(xué)鏡頭產(chǎn)業(yè)自二戰(zhàn)后飛速發(fā)展，憑借更高性能價格比，在全球鏡頭行業(yè)市場逐漸占據(jù)優(yōu)勢其主要生產(chǎn)企業(yè)有佳能( Canon )、尼康( Nikon )、富士( Fuji )、奧林巴斯( Olympus )等。
我國光學(xué)鏡頭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與軍工技術(shù)密不可分，二十世紀六七十年代，我國光學(xué)企業(yè)主要為云南、四川、福建等地的軍工企業(yè)。國產(chǎn)民用光學(xué)鏡頭產(chǎn)業(yè)起步較晚，2000 年后才有部分光學(xué)企業(yè)涉足民用光學(xué)鏡頭市場。2008 年之前國內(nèi)光學(xué)鏡頭市場基本上被日本、德國品牌所壟斷，安防監(jiān)控市場、手機市場、醫(yī)療影像市場的光學(xué)圖像設(shè)備上基本沒有中國大陸自主生產(chǎn)的鏡頭，臺灣企業(yè)生產(chǎn)的鏡頭產(chǎn)品也僅出現(xiàn)在少數(shù)較為低端的設(shè)備上。
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。
展開 攝像頭 | LG InnoTek和康寧正在共同開發(fā)液體鏡頭
CINNO Research產(chǎn)業(yè)資訊，
近日，有
專利文件顯示，
LG InnoTek和康寧正在合作研究
一種
液體鏡頭。
根據(jù)The Elec今年4月5日查詢的專利文件信息顯示，這對合作伙伴在美國申請的9 項與液體鏡頭相關(guān)專利，雙方各占50%。其中6項原為康寧所有，3項原為LG InnoTek所有。
在韓國申請的專利中，LG InnoTek提出和康寧共同分享其六項專利，相應(yīng)地，康寧提出和LG InnoTek共同分享其一項專利。
在所有雙方通過上述方式共同擁有的這16項專利中，涉及核心技術(shù)包括液體鏡頭系統(tǒng)、如何控制帶有液體鏡頭的相機鏡頭以及鏡頭曲率變化儀。
實際上，液體鏡頭一般用液體材料填充乙烯基袋形鏡片。其原理是通過施加電流或電壓來控制液體透鏡的曲率，也就是該液體透鏡的焦點。與當(dāng)前由玻璃或塑料制成的鏡頭不同，液體鏡頭本身無需移動即可控制焦距。
如果這種液體鏡頭能夠商業(yè)化，這可以減少相機模塊中鏡頭的數(shù)量和鏡頭的尺寸。實際情況是，目前智能手機上的相機模塊需要使用多個不同曲率的鏡頭——大約六到七個鏡頭。如果將這些堆疊鏡頭中的一些替換為液態(tài)鏡頭，這將大大減小整個鏡頭組的厚度。另外，激活鏡頭的其他配件數(shù)量和功耗也會減少，這將讓相機鏡頭的設(shè)計變得更簡單，制造也更容易。
LG InnoTek和康寧自2017年以來就一直在申請與液體鏡頭相關(guān)的專利。據(jù)韓國知識產(chǎn)權(quán)局運營的專利門戶網(wǎng)站Kipris介紹，韓國目前共有131項與液體鏡頭相關(guān)的專利，其中85項為LG InnoTek擁有，且所有這些專利申請都是2016年以后提交的。
展開 Ansys Zemax | 手機鏡頭設(shè)計 - 第 2 部分：光機械封裝
圖 4.修改后的設(shè)計
然后將 CAD 模型保存為裝配文件，復(fù)雜的鏡頭設(shè)計和進一步分析可以在 Speos 中完成。
使用 Speos 進行復(fù)雜的鏡片邊緣建模
首先，使用 .ODX 導(dǎo)入工具位于 Speos 界面的 Light Simulation 選項卡中。
圖 5.將修改后的設(shè)計導(dǎo)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(shè)計成復(fù)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(huán)和主鏡筒之間。
免責(zé)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(nèi)。在實際應(yīng)用中，這兩個組件很可能與鏡頭不在同一光學(xué)機械子組件中。
添加復(fù)雜的鏡頭邊緣
通過在父鏡頭上繪制新設(shè)計并圍繞鏡頭的光軸旋轉(zhuǎn)草圖，可以創(chuàng)建復(fù)雜的鏡頭邊緣。在 Speos 界面的草圖模式下，'線' 工具可用于創(chuàng)建復(fù)雜的設(shè)計。在繪制設(shè)計草圖時，需要考慮擋板環(huán)的空間。
圖 7.繪制復(fù)雜的鏡頭邊緣
當(dāng)所有新透鏡邊緣的草圖完成后，設(shè)計將圍繞光軸旋轉(zhuǎn)以創(chuàng)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(shè)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(zhí)行以下過程：
要更新 .ODX 文件中，您可以使用剪切、復(fù)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。
選擇需要組合的幾何體，然后使用 Speos Design 選項卡中的 'Combine' 對象工具。對其余鏡頭重復(fù)上述步驟。
展開 機器視覺需要鏡頭的選擇和分析
如果把工業(yè)相機比喻為人的眼睛，工業(yè)鏡頭就好比是眼球，它直接關(guān)系到監(jiān)看物體的遠近、范圍和效果。工業(yè)鏡頭的選用應(yīng)考慮一下幾點：
1）工業(yè)鏡頭尺寸應(yīng)等于或大于工業(yè)相機成像面尺寸。例如：1/3″工業(yè)相機可選1/3″～1″整個范圍內(nèi)的工業(yè)鏡頭，但水平視角的大小都是一樣的。只是使用大于1/3″的工業(yè)鏡頭能夠更多地利用成形，更精確了工業(yè)鏡頭中心光路，所以可提高圖像質(zhì)量和分辨率。
2）選用合適的工業(yè)鏡頭焦距。焦距越大，監(jiān)看距離越遠，水平視角越小，監(jiān)視范圍越窄；焦距越小，監(jiān)看距離越近，水平視角越大，監(jiān)視范圍越寬。工業(yè)鏡頭焦距可按照以下公式估算。
f=A×L/H
(f--鏡頭焦距；A--攝像機CCD垂向尺寸；L--被攝物體到鏡頭距離；H--被攝物體高度)
格式 1英寸 2/3英寸 1/2英寸 1/3英寸 1/4英寸
CCD垂向尺寸 9.6㎜ 6.6㎜ 4.8㎜ 3.6㎜ 2.7㎜
3）考慮環(huán)境光線的變化,光線對圖像的采集效果起著十分重要的作用。一般來說，對于光線變化不明顯的環(huán)境，常選用手動光圈鏡頭，將光圈手調(diào)到一個比較理想的數(shù)值后就可不動了；如果光線變化較大，如室外24小時監(jiān)看，應(yīng)選用自動光圈，能夠根據(jù)光線的明暗變化自動調(diào)節(jié)光圈值的大小，保證圖像質(zhì)量。但需注意的是，如果光線照度不均勻，特別是監(jiān)視目標與背景光反差較大時，采用自動光圈鏡頭效果不理想。
4）考慮最佳監(jiān)看范圍。因為工業(yè)鏡頭焦距和水平視角成反比，因此既想看得遠，又想看得寬闊和清晰，這是無法同時實現(xiàn)的。每個焦距的鏡頭都只能在一定范圍內(nèi)達到最佳的監(jiān)看效果，所以如果監(jiān)看的距離較遠且范圍較大，最好是增加攝像機的數(shù)量，或采用電動變焦鏡頭配合云臺安裝。
5）工業(yè)鏡頭接口與工業(yè)相機接口要一致。
展開 
紅外鏡頭的主要類型及其設(shè)計方法
1.4 特大視場紅外鏡頭
除了大口徑長焦距鏡頭以外，還有一類紅外鏡頭要求有很大的視場，比如60°甚至90°視場。
下面的例子是我們設(shè)計的一個特大視場中波紅外鏡頭，用于256×256元斯特林（Stirling）致冷中波焦平面探測器，像元尺寸為30μm×30μm，焦距5.43mm，F(xiàn)/2，對角線視場90°。
由于鏡頭的焦距很短，要保持一定的后工作距離，必須采用反遠距物鏡的結(jié)構(gòu)型式。由于紅外焦平面探測器是裝在杜瓦里面，杜瓦窗口到焦平面的距離長達25.6mm，再給鏡筒的機械結(jié)構(gòu)留出空間，鏡頭的反遠比（即后工作距離與焦距之比）高達5.4。
由于必須以冷光闌為孔徑光闌，對于這種超大視場的鏡頭來說，遠離光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌破壞了光學(xué)系統(tǒng)的對稱性，更增加了光學(xué)設(shè)計的難度。
1.5 中長波或中短波雙色鏡頭
隨著紅外探測器技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的需求，雙色紅外鏡頭的使用也越來越多。對雙色紅外鏡頭的要求是，用一個鏡頭對中/長波或中/短波兩個波段同時消像差，兩個波段的像面在同一個面上，或者離開很小一段距離。
展開 攝像頭 | LG InnoTek和康寧正在共同開發(fā)液體鏡頭
CINNO Research產(chǎn)業(yè)資訊，
近日，有
專利文件顯示，
LG InnoTek和康寧正在合作研究
一種
液體鏡頭。
根據(jù)The Elec今年4月5日查詢的專利文件信息顯示，這對合作伙伴在美國申請的9 項與液體鏡頭相關(guān)專利，雙方各占50%。其中6項原為康寧所有，3項原為LG InnoTek所有。
在韓國申請的專利中，LG InnoTek提出和康寧共同分享其六項專利，相應(yīng)地，康寧提出和LG InnoTek共同分享其一項專利。
在所有雙方通過上述方式共同擁有的這16項專利中，涉及核心技術(shù)包括液體鏡頭系統(tǒng)、如何控制帶有液體鏡頭的相機鏡頭以及鏡頭曲率變化儀。
實際上，液體鏡頭一般用液體材料填充乙烯基袋形鏡片。其原理是通過施加電流或電壓來控制液體透鏡的曲率，也就是該液體透鏡的焦點。與當(dāng)前由玻璃或塑料制成的鏡頭不同，液體鏡頭本身無需移動即可控制焦距。
如果這種液體鏡頭能夠商業(yè)化，這可以減少相機模塊中鏡頭的數(shù)量和鏡頭的尺寸。實際情況是，目前智能手機上的相機模塊需要使用多個不同曲率的鏡頭——大約六到七個鏡頭。如果將這些堆疊鏡頭中的一些替換為液態(tài)鏡頭，這將大大減小整個鏡頭組的厚度。
展開 【技術(shù)解析】什么是主動鏡頭對準技術(shù)（Active Alignment)?
S接口鏡頭可用于許多視覺應(yīng)用。對于計劃大規(guī)模生產(chǎn)的終端產(chǎn)品，低成本的S接口鏡頭尤其具有吸引力。如果您正考慮將S接口鏡頭用于醫(yī)療視覺應(yīng)用（例如，用于即時醫(yī)療解決方案），就需要考慮到，比C接口鏡頭更低的成本，往往意味著更低的精密度。
未對準的影響：圖像失真
許多視覺應(yīng)用非常依賴一致的畫質(zhì)。如果鏡頭與相機/傳感器未正確對準，應(yīng)用后期處理結(jié)果就會失真。如果產(chǎn)品為手持式或桌面版本，后果更為嚴峻。移動和沖擊會改變S接口鏡頭與相機的貼合度，導(dǎo)致使用過程中發(fā)生永久性失真。這在實時流媒體應(yīng)用中可能尚可接受，但在分析和測量任務(wù)中卻是不可原諒的錯誤。
在X、Y和Z軸所有三個方向上，都可能出現(xiàn)鏡頭未對準。X和Y軸方向偏移會使圖像和焦點遠離感興趣區(qū)域(ROI)。繞Z軸傾斜會移動ROI，但焦點仍停留在中心。繞X或Y軸傾斜會造成圖像出現(xiàn)矩形失真，相應(yīng)邊緣更加模糊。當(dāng)然，實際應(yīng)用中可能出現(xiàn)三種形式的疊加效果。
精確鏡頭對準對
醫(yī)療類成像設(shè)備至關(guān)重要
No.1
牙科掃描儀
牙科掃描儀用于基于患者口腔內(nèi)部模具制作三維模型。掃描過程借助2-4臺相機進行，拍攝牙齒和牙齦上的投影線圖案圖像。最終生成一個支持CAD重建的點云數(shù)據(jù)集。在掃描過程中，會拍攝多張圖像。主動鏡頭對準技術(shù)提高了合并不同圖像數(shù)據(jù)時的成功率。此外，它還可確保同一系列不同掃描儀間的輸出畫質(zhì)一致。
展開 SYNOPSYS 光學(xué)設(shè)計軟件課程三十八：從零開始設(shè)計變焦鏡頭
我們點擊每個 zoom 右邊的按鈕來檢查我們 5 個變焦鏡頭的像質(zhì)......
變焦鏡頭變焦時，鏡片不會發(fā)生重疊，并且沒有羽化邊緣。ZSEARCH 添加到 MACro 的 AZA 監(jiān)視器會自動處理這些問題。
CAM OPT
這是一個有五個變焦位置的良好變焦鏡頭。變焦時候會發(fā)生什么？我們必須找出答案。鏡頭很可能在某處得不到很好的修正，我們將不得不添加更多的變焦鏡片組。首先，我們需要一個凸輪曲線，它可以讓我們在兩個點之間插入定義的變焦鏡頭。輸入 CAM OPT 程序找到變焦鏡頭數(shù)據(jù)的冪級數(shù)展開的最佳指數(shù)，該鏡頭數(shù)據(jù)在定義的變焦鏡頭之間平滑地插值。但是曲線只在五個定義的變焦處產(chǎn)生一個對焦圖像，因為它還沒有接收到其他的設(shè)置。
要查看此信息，請運行鏡頭滑塊（單擊 ZoomBar? 底部的按鈕）。您會看到圖像在幾個地方離焦。我們需要更多的變焦組。鍵入 CAM 10 SET。
我們定義 10 個變焦組，我們的 MACro 將自動改變并控制它們（這就是為什么我們改為 ZGROUP 的原因：現(xiàn)在我們不必在新的變焦組中聲明光線的定義。）
制作一個新的檢查點，然后再次運行 MACro 并模擬退火。（請務(wù)必先注釋掉 AEI 命令行。）變焦組 1 看起來大致相同。
CAM 15 SET
再次運行 CAM OPT，然后運行鏡頭滑塊。除了在變焦 10之前，焦點突然改變，結(jié)果看起來不錯。我們需要更多的變焦組。請鍵入 CAM 15 SET
并重新優(yōu)化。然后再次運行 CAM OPT。程序?qū)⒃俅握业剿凶兘箙?shù)的最佳擬合多項式并展開，用于在運行變焦滑塊時生成中間位置。通常，這可以在范圍內(nèi)進行平滑變焦。
展開 SYNOPSYS 光學(xué)設(shè)計軟件課程六十四：超廣角鏡頭設(shè)計
課程六十四：超廣角鏡頭設(shè)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(jié)構(gòu)并對其進行后續(xù)優(yōu)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(lián)系工作人員獲取代碼
搜索出的初始結(jié)構(gòu)：
SPEC 鏡頭數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)是否合理，如下圖，可以發(fā)現(xiàn)第六，第七片透鏡的距離過近導(dǎo)致結(jié)構(gòu)錯誤，通過修改 ACC 命令行來控制相對位置,后執(zhí)行優(yōu)化。
展開 物理光學(xué)工程中的光學(xué)鏡頭設(shè)計及使用
任何光學(xué)鏡頭,不論是新的還是舊的,都可以用“鏡頭描述”這個術(shù)語來區(qū)分鏡片的數(shù)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(dāng)發(fā)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(xué)物理課本中學(xué)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(shè)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(tǒng)精確地追蹤光路。角度和距離可以通過三角函數(shù)的正弦和余弦算出來。因此通過簡單的平面幾何,光線途經(jīng)的線路就可以被追蹤到。
中國論文網(wǎng) http://www.xzbu.com/9/view-984267.htm
一、光學(xué)鏡頭的設(shè)計原理
為了獲得一個較理想的光學(xué)鏡頭,光學(xué)設(shè)計人員首先要清晰明確地了解使用要求、使用效果和設(shè)計結(jié)果。在設(shè)計要求方面,設(shè)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(xué)特性參數(shù)和分辨率、畸變、光學(xué)傳遞函數(shù)等成像質(zhì)量特性參數(shù)都應(yīng)熟悉。光學(xué)鏡頭設(shè)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(shè)的是每個物象點都會在膠片平面上形成與之相對應(yīng)的點,所以發(fā)自物體的光線都將被轉(zhuǎn)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(dāng)光線進入鏡頭時不同波長的光波具有其獨特的光學(xué)路徑,而且理想的光線不可避免地會被鏡片所干擾而產(chǎn)生象差。鏡頭設(shè)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(shù)可以計算出校正的光線路徑和現(xiàn)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(jù)。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(shè)計的困擾因素。對于設(shè)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 紫外光刻鏡頭設(shè)計 | SYNOPSYS 光學(xué)設(shè)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(fù)幾十次。
光刻技術(shù)水平限制了集成電路性能提升和關(guān)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(xiàn)的。
光刻鏡頭的功能原理和投影物鏡是相似的，但是設(shè)計難度和成像質(zhì)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(chǎn)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(zhì)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(xiàn)更小尺寸的芯片結(jié)構(gòu)。
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(qū)域。
4.低畸變：鏡頭設(shè)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(jié)構(gòu)。
由于光刻物鏡的鏡片數(shù)非常多，可以通過搜索前后兩部分的結(jié)構(gòu)，再通過拼接優(yōu)化的方式進行設(shè)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(shù)包括物方系統(tǒng)定義、元件數(shù)、F數(shù)、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 
Zemax案例 | 基于Zemax的安防鏡頭無熱化設(shè)計
</p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/202604/imgs/5475ac364bc649a68a3fc99be3f15fed"></p><p class="ql-align-center">圖5 鏡頭優(yōu)化后溫度載荷下離焦MTF曲線。（a）80℃時鏡頭離焦MTF曲線；（b）?40℃時鏡頭離焦MTF曲線</p><p><strong>實驗驗證</strong></p><p>為驗證Zemax仿真分析的準確性，團隊采用德國TRIOPTICS公司的ImageMaster HR TempControl VIS光學(xué)測量儀，開展高低溫法蘭焦距測試。測試通過真空熱室模擬?40℃~80℃環(huán)境，避免冷凝與設(shè)備自身熱變形干擾，測量結(jié)果如表2所示。從表2中的法蘭焦距可知，鏡頭低溫離焦量為?18μm，高溫離焦量為15μm，與光機熱集成仿真的結(jié)果基本一致，充分驗證了光機熱集成仿真方法的可靠性，也彰顯了Zemax在光學(xué)性能預(yù)判計算中的高精度優(yōu)勢。
展開 變焦投影鏡頭設(shè)計 | SYNOPSYS 光學(xué)設(shè)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(xué)系統(tǒng)大多是可以變焦的，比如手機鏡頭、專業(yè)相機的鏡頭、顯微鏡等。
成像鏡頭在很多實際應(yīng)用中通常也要求具備變焦的能力，如 CCTV 監(jiān)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(yīng)用于多種環(huán)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(diào)節(jié)，通過改變焦距從而改變系統(tǒng)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(gòu)圖。
由于一個系統(tǒng)的焦距在某一范圍可變，相當(dāng)于由無數(shù)多個定焦系統(tǒng)組成的，在設(shè)計變焦鏡頭時也是使用類似定焦鏡頭的分析優(yōu)化方法。
設(shè)計要求
設(shè)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(tǒng)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(chǔ)光學(xué)理論中像面大小、視場和焦距三者有如下關(guān)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(guān)系也很容易理解，一個三角形即可。
變焦鏡頭的變焦倍數(shù)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(tǒng)，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 ZEMAX軟件技術(shù)應(yīng)用專題：使用庫存鏡頭匹配工具使用現(xiàn)成的組件進行設(shè)計
在設(shè)計中使用供應(yīng)商生成的庫存鏡頭通常比使用定制鏡頭具有更高的成本效益。這就是為什么OpticStudio設(shè)計庫存鏡頭匹配工具的原因，該工具可以將設(shè)計中的鏡頭替換為所選供應(yīng)商目錄中最接近的等效鏡頭。
由于大多數(shù)庫存鏡頭都是平彎曲或等彎曲的，因此該工具在具有適中視場角和窄波長范圍的系統(tǒng)中效果更好。 也正是由于這個原因，任何非對稱雙曲面鏡片在使用該工具時都應(yīng)更換為兩個平曲面鏡片。
如本文所示，更換鏡頭時，系統(tǒng)可能需要重新聚焦，并且可能需要放寬或移除一些評價函數(shù)的約束——尤其是光線高度操作數(shù)。
庫存鏡頭匹配示例
參考如下圖所示的擴束器設(shè)計。此文件顯示了具有大約λ/10波前誤差的5x擴束器的設(shè)計。
在初始示例文件中，使用每個透鏡的一個曲率半徑（使透鏡平面彎曲）和一個REAY操作數(shù)來優(yōu)化設(shè)計，該操作數(shù)以邊緣光線為目標。該設(shè)計具有12.5毫米的徑向光束高度（由入射邊際光線的2.5毫米徑向高度和5x放大倍數(shù)給出），且鏡片到鏡片的距離固定為200毫米，以產(chǎn)生合理的緊湊型設(shè)計。如果您只是按照當(dāng)前設(shè)置的設(shè)計運行庫存鏡頭匹配工具，性能將大幅下降，您會感到失望！
為了準備使用庫存鏡頭匹配工具，需要進行兩項修改:
鏡片到鏡片的間距（表面3的厚度）設(shè)置為可變，因此當(dāng)OpticStudio將鏡頭換成目錄鏡頭時，它可以更改間隙重新聚焦以補償EFL的微小變化：
評價函數(shù)約束REAY已被修改以允許小范圍的偏差：
現(xiàn)在，使用默認設(shè)置運行庫存鏡頭匹配工具：
OpticStudio將分別為每個鏡頭找到最接近的等效鏡頭，并找到這些所選鏡頭的最佳組合：
由于我們選擇了“保存最佳組合”，您會發(fā)現(xiàn)最佳系統(tǒng)已保存到與當(dāng)前鏡頭文件相同的目錄中。
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
課程十七：實際鏡頭的自動設(shè)計
在第15課中，我們用 DSEARCH 開發(fā)了一個七片透鏡的鏡頭，然后將設(shè)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(fā)現(xiàn)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(diào)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(nèi)進行對焦。所以從 DSEARCH 設(shè)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(jié)構(gòu)。
如果搜索例程可以監(jiān)視兩個不同共軛點的性能，那不是很好嗎？然后設(shè)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(xí)這個內(nèi)容。（此時您應(yīng)該在 UM 中查看 ZSEARCH ，以便更好地使用。）
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