[已解决]尝试变焦镜头设计，大家多指点

quentinkiki

以前没做过变焦镜头，不晓得设计流程，最近看了Hank的帖子和陶老师的书，尝试设计了一下。考虑到红外镜头设计相对简单，因此首先尝试红外镜头的设计，镜头的指标直接用的社区朋友的指标，他的帖子地址如下。http://www.optzmx.com/forum.php? ... hlight=%B1%E4%BD%B9

首先感谢大家抽出宝贵时间进行解答，谢谢大家。

一、镜头设计指标：

• 变倍比：3x
• 焦段范围：15mm~45mm
• 靶面大小：640x512x12μm
• 工作F#：F1.2
• 视场角：据设计而定
• 畸变：全焦段≤2%
• 光学总长≤150mm
  

二、设计过程：

• 首先利用高斯求解正组补偿，进行近轴光学计算，求解结果如下所示，其中第四组没有光焦度的代表Stop位置：
• 在对Paraxial透镜进行实体化，由于红外镜片的面型相对平缓，每组只用1片实体化，后固定组用2片
• 刚开始全部采用球面优化，发现孔径很难做上去，主体球差很降下来，把后固定组的两片设定为非球面后再优化。
• 优化到一定程度后，色差有些凸显，此时边缘视场的色球差很明显，看到大家在红外镜头中经常使用binary2面型。
• 把第三片补偿组第二个面改成binary2面型，继续优化，用global和hammer，优化了2天，最终出结果。
• 镜片材料全部为锗，对红外不了解，不知这个材料成本高不高，通常会不会和其他材料搭配使用。
  

• 优化过程中，选取了f=15，f=27，f=36，f=45，这四个位置进行优化的。
• 优化过程中，发现短焦位置，尤其是短焦的边缘视场MTF一直不太好，就对权重进行了分配：
  

• f=15mm的短焦位置，如下所示：
• f=27mm的中焦位置，如下所示：
• f=45mm的长焦位置，如下所示：
•   
• 可以看到所有焦段和视场的MTF都控制在衍射极限附近，畸变控制在1%，总长为135mm。
• 第一片的半口径达到45mm，把口径做到40mm，给一点渐晕，MTF和相对照度影响不大。
  

三、镜头设计指标：

• 变焦曲线的绘制，目前有两个思路：
• 第一：把各组分转换成Paraxial进行求解，绘制变焦曲线
• 第二：把前组和变焦组的间距d12设为变量，用zemax优化d23和d34，来绘制变焦曲线
• 在实际操作过程中，感觉第一种方法太过于繁琐，所以采用第二种方法。
  

• 为了便于操作，写了个macro来给出数据并绘制曲线
• 输入：起始位置，终止位置，采样点数，就会输出相关的信息，并绘制变焦曲线
  

四、存在的疑问：

• 第一：红外材料只用一种就可以？还是也需要互相搭配使用？
• 第二：在使用Binary2面型优化的结果，看到别人都有多个pitch周期，我的只有不到3个周期，如下所示。是不是这个面型使用的不对？一般做多少个周期比较合适？
  

      

• 第三：zemax中的binary2面型给的是相位，但是大家帖子里面，又说是衍射，这里面的对应关系不理解，希望大家解说一下。
• 第四：在使用binary2面型的时候，个人感觉放在平面上优化，后期加工比较好处理，实际上放在非球面上可不可以？
• 第六：有一点不太理解，看到别人做的变焦曲线，变倍组进行线性移动，补偿组做曲线移动。我的变倍组进行线性移动是，补偿组在15~22mm的焦距范围内，是没有动的，22mm后才开始移动。这个行不行？
  

   
   

• 第七：如何分析看变焦曲线好不好？怎么看移动距离是不是过大？
• 第八：我看大家说要优化变焦曲线，具体的优化是什么意思，优化那些参数？还有升力角怎么计算，有相关的文献吗？
  

最佳答案

月排行榜 / 总排行榜

Leslie

2022-11-14 12:21

focus还没做，近摄大概看到1m，把focus也先优化完。
这个指标全用Ge价格爆炸，做过规格比你难一点的只需一枚锗，其他换硫系，非球面也尽量不用Ge。另外目前这个设计应该温漂严重，有可能2-3度温度变化就要调焦。

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萌新小透明

在对Paraxial透镜进行实体化，这怎么操作？是直接用相同焦距的透镜替代理想面？

一万多个人

这个镜片是不是有点难加工啊

Leslie

focus还没做，近摄大概看到1m，把focus也先优化完。
这个指标全用Ge价格爆炸，做过规格比你难一点的只需一枚锗，其他换硫系，非球面也尽量不用Ge。另外目前这个设计应该温漂严重，有可能2-3度温度变化就要调焦。

quentinkiki

萌新小透明 发表于 2022-11-14 09:56
在对Paraxial透镜进行实体化，这怎么操作？是直接用相同焦距的透镜替代理想面？

对paraxial实体化的过程，是用相同焦距的透镜替代，替代的过程中主平面一定要对准

quentinkiki

一万多个人 发表于 2022-11-14 10:04
这个镜片是不是有点难加工啊

请问，哪个镜片难加工，我看看要不要修复

quentinkiki

Leslie 发表于 2022-11-14 12:21
focus还没做，近摄大概看到1m，把focus也先优化完。
这个指标全用Ge价格爆炸，做过规格比你难一点的只需一 ...

您好：
请问focus优化的时候，是用15mm短焦加一个多重结构继续优化是吧？
还是说不通焦距要对应到不同的距离加多个多重结构？
关于硫系玻璃，通常选择哪个比较多呢？

Leslie

quentinkiki 发表于 2022-11-14 16:36
您好：
请问focus优化的时候，是用15mm短焦加一个多重结构继续优化是吧？
还是说不通焦距要对应到不同 ...

所有焦距都要加，IRG的话204和207好像比较便宜，209就很贵，除了209特别贵之外其他都能用。

quentinkiki

Leslie 发表于 2022-11-14 17:01
所有焦距都要加，IRG的话204和207好像比较便宜，209就很贵，除了209特别贵之外其他都能用。

请问，所有焦段都要加：
那短焦对应的focus距离，中焦对应的focus距离，长焦对应的focus距离，是一样的呢？还是距离也是逐渐变大的。
这个有没有特别的要求或者约定？

一万多个人

quentinkiki 发表于 2022-11-14 16:17
请问，哪个镜片难加工，我看看要不要修复

http://www.optzmx.com/thread-21717-1-1.html
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