[已解决]ZEMAX成像設計新人疑問

wesley0815 · 发表于 2022-6-14 16:48

本帖最后由 wesley0815 于 2022-6-14 16:56 编辑

想請問各位大佬，我在做投影燈實習中有幾個疑問，望大佬們能協助解答，如果問題有什麼理解錯誤的也請大佬糾正
1.在ZEMAX庫克透鏡的系統中，軟體中的像面一般因為光學可逆性實際為投影燈的菲林片，請問為什麼要逆著設計?是有什麼幫助嗎?

2.庫克透鏡的系統中假設我已經在視場設置實際像高，那最後一片透鏡要如何讓他與像高一致?因為像面不是應該為準ˋ直光，而最後一片面不是應該至少與像同高嗎?

3.假設我順著設計將菲林片當入瞳直徑，因為光源已經被準直，我可以將其設為遠心物空間，然後再設視場為實際像高嗎?

4.假設第三點可行，那我的RMS半徑數值是不是會因為我的像在遠處而數值變得很大，這時候我如何用RMS來判定我投影出來的像品質是好的?

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寒冬的咖啡

2022-6-22 09:27

wesley0815 发表于 2022-6-21 15:55
大佬，說起來慚愧，我的確沒什麼成像的基礎，理解力也不是那麼好，充其量是趕鴨子上架硬著頭皮去做了，只 ...

如果我没理解错的话，你投影镜头实际上是把菲林片投影到地面或者墙壁，前面的准直光只是起到照明的作用；

你设计一个成像系统的时候，肯定是无法利用物方所有角度的光的，你需要通过系统孔径的设置和光阑的设置来筛选出一部分具有规律性的满足系统要求的光束用于成像；

视场大小你知道了，至少整个菲林片都需要投影，那么系统孔径需要多大呢？你现在已知了这么多的参数，能否算出系统孔径值呢？

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楚静竹 · 发表于 2022-6-15 09:12

你的想法可能跟我的理解有点偏差。你不能当光穿过菲林片以后还是平行光，而是应该把菲林片的透光部分直接视为光路中的物，然后光经过镜头之后在你要的位置成像。
因为投影的距离足够远，所以可以先当无穷远来设计，等做差不多了再写个有限的物距，光路变化也不大。
这样的前提下，你想让最后一个镜片那里跟靶面平行反而不现实，那么大一个锥角光束，你就算让主光线平了又有什么意义呢。三片式应该是管不了CRA的

寒冬的咖啡 · 发表于 2022-6-15 09:24

建议你先把整体系统结构理清楚，你做的应该是一个投影镜头，那么从光源出来到像面有哪些东西，光路有什么变化，系统参数的传递，先弄清楚了再设计。

wesley0815 · 发表于 2022-6-17 10:02

楚静竹发表于 2022-6-15 09:12
你的想法可能跟我的理解有点偏差。你不能当光穿过菲林片以后还是平行光，而是应该把菲林片的透光部分直接视 ...

瞭解光經過菲林片後不可能為平行光，但我最困惑的是因為菲林片在zemax中被定義成了像面，可是在優化的時候最後一片面總是會比菲林片還小，這代表了我通過菲林片的光不能全部進入透鏡，就算我手動將鏡片淨口徑加大還是無法有效加大利用率，請問是還有其他方法可以改善?
另外我對於成像光學完全是新手，能請大佬能簡單敘述為什麼3片式無法管CRA?

wesley0815 · 发表于 2022-6-17 10:20

寒冬的咖啡发表于 2022-6-15 09:24
建议你先把整体系统结构理清楚，你做的应该是一个投影镜头，那么从光源出来到像面有哪些东西，光路有什么变 ...

是的，是投影鏡頭，架構上大致清楚，光源->准ˋ直系統->菲林片->成像系統，剛踏入成像領域，其實還有點不清楚zemax這軟體的使用方法，但是目標是成像距離400mm，成像大小直徑500mm，整個系統長不超過30mm，直徑不超過20mm，透鏡材質需求為pmma不限片數
一開始是用順向的方式設計，用入瞳直徑孔徑設10mm，視場我是選擇物高分別是0、2.5、5，也就是我的菲林片半徑，然後我建立了三片式的透鏡，評價函數我使用波前RMS，自建參數追加使用REAY限制像面高250mm，DIMX限制目標在3以內，但是結果畸變仍很明顯，且像不清晰，後來看多部份的人都是反過來設計的，所以才有疑問提出。

Leslie · 发表于 2022-6-17 14:15

1.正向设计与反向设计思路是一样的，只不过反向设计可以更方便去评价系统而已。
2.最后镜片多大是由光路决定的，不是你想多大就多大，你想他比像面大就自行控制CRA。
３.算下来你这个焦距大概8mm，F数多少你知道吗，正向设计，入瞳设置为10mm，F数都0.8了，3片肯定撑不住。并不是你菲林多大你的入瞳就多大。
4.就按照你现在逆向设计，控制焦距畸变CRA就行，最好换个结构，三片应该顶不住，可以考虑双高斯

寒冬的咖啡 · 发表于 2022-6-17 15:47

wesley0815 发表于 2022-6-17 10:20
是的，是投影鏡頭，架構上大致清楚，光源->准ˋ直系統->菲林片->成像系統，剛踏入成像領域，其實還有點不 ...

你现在重点不在于zemax里面怎么设置，更不在于像差怎么优化，我是觉得你还没有搞清楚整个系统是怎么运作的，至少从你前面问的第2、3点来看我是认为你是不清楚的。

一些基本的问题，菲林片是什么，他的作用是什么，为什么要先通过菲林片再去投影镜头，经过菲林片前后光线发生了怎样的变化，你的投影镜头中是用哪些光束来成像，怎样的视场和孔径才能很好的表征你所需要的光线，准直镜头和投影镜头是如何匹配的等等。你把这些想清楚了你就知道从哪儿看出来你没搞明白了。

你只有把整个系统想明白了你才能真正去设计，不然方向是错的你多努力一点都是罪过。

楚静竹 · 发表于 2022-6-17 18:05

wesley0815 发表于 2022-6-17 10:02
瞭解光經過菲林片後不可能為平行光，但我最困惑的是因為菲林片在zemax中被定義成了像面，可是在優化的時 ...

你有没有学过照度学……
大概就是说，比如一个发光的点，如果它光线均匀朝外辐射，你能接到多少能量，主要取决于你包围了它周围多大的球面度，因此实际上只要你0视场像方孔径角定下来，他就大概是这么多光，轴外也就斜一点，光锥的竖直方向瘦了点，但其实不会少多少。
我感觉主光线水平跟最大化利用能量没多大关系……光学系统里面决定进光量的是入瞳尺寸和渐晕，或者直接看像方孔径角也行。你觉得上光线打内壁上可惜了，其实朝下的光线有不少根本过不去，就算强行把主光线拉平了，下光线也往上收紧的。

wesley0815 · 发表于 2022-6-21 15:55

本帖最后由 wesley0815 于 2022-6-21 15:59 编辑

寒冬的咖啡发表于 2022-6-17 15:47
你现在重点不在于zemax里面怎么设置，更不在于像差怎么优化，我是觉得你还没有搞清楚整个系统是怎么运作 ...

大佬，說起來慚愧，我的確沒什麼成像的基礎，理解力也不是那麼好，充其量是趕鴨子上架硬著頭皮去做了，只能用我這幾天網羅來的知識跟理解來發問，而對於你的答覆我思考了幾天仍沒什麼突破，在望大佬提點理清我的思路哪裡出了問題....1.首先對於為什麼要先經菲林片再去投影鏡頭的想法是，因為我想要投影出要求的圖形，但當准直光通過菲林片的時候會產生一定的折射現象，而目前設計上我是忽略了折射去進行的，所以我直接把菲林片先當成了物面去設計。
2."鏡頭中用哪些光束來成像"其實不太懂意思?是指CRA?
3.在把菲林面當作物面後，我將視場設為物高，而如Leslie大所述，我的成像系統焦距為8，一開始我用入瞳直徑孔徑值2去設計並沒有得到好的結果，改用10後有較大的改善，但也產生較大的畸變，我只知道改為10後，我的工作F數變為0.8後有較大的進光量，也能較完整地貼近經過菲林片後的光，但要怎麼讓視場跟孔徑直有好的搭配，其實真沒什麼突破的想法。