一.出于结构的考虑1.对于高变倍比的系统出于外形尺寸控制以及二级光谱矫正原因有时采取在长焦时相对孔径缩小的方案。2.变焦光学系统的初始结构计算在给定一部分参数时计算出任意变焦倍数下的各组分间的焦距与空气间隔。变焦系统的初始结构计算_ZEMAX_光学设计_正势利二.Zemax中的实际设计1.正常设计初始结构我是用了zemax的初始结构2.“添加所有结构变量”F7由于我们是改变透镜间的厚度实现焦距的改变所以“THIC”为变量有几行代表着有几个面被选作厚度改变的变量面有几列代表着需要有多少个变焦的值。注意最好利用偏移将多个组态拉开以便于观察3.将结构变量中的数设置为变量在原先初始结构里也相应的设置变量。4.在评价函数里设置EFFL在每个CONF下设置所需的EFFL别忘了权重设置为1;还要考虑TOTR是否需要保持一致。因为目前看到的离焦镜头简单示例设计多为不考虑TOTR但是离焦镜头本身又要求成像面保持位置不变。所以对此感到疑惑(・∀・(・∀・(・∀・*)评价函数里有些内容可以删1.因为有四个组态整个过程中只有空气间隔发生变化也就是第一个组态的有些玻璃厚度和空气间隔保留后面几个组态可以删去。若系统对后截距有要求如BFL4mm可以使用,TTHI,OPGTTTHI操作数正是用来控制两个指定表面之间所有厚度包括玻璃厚度和空气间隙5.观察点列图光线像差图PS:优化过程中的“优化向导”——“优化函数”——“成像质量”里有对比度波前等选择。有实例提到二次优化用“波前”三次优化用“对比度”这种方法但在实践后发现“对比度”可能会在小视场略优于“波前”但在大视场中“对比度”明显不如“波前”。左图为“波前”优化右图为“对比度”优化---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------12.096.多重结构编辑器中可以用YFIE来定义视场角,视场定义在物方的好处是提升光线追迹的速度只不过是一开始要花时间去计算7.光阑的曲率半径不应该设置为变量曲率半径为∞大8.在1.结构初始设置多重结构初始设置 2.视场调整好采用实际像高3.在多重结构中采用YIFE对每种结构单独设置视场角 4.观察MTF在所需频率下的对应值 5.采用材料替代的方法进行优化优先考虑单透镜。 TCE:热膨胀系数对于双胶合透镜一般两者TCE相差不大在1ppm°C内。//一开始优化“标准”先不选只选“首选的”“最大相对成本”改为5防止出现高级材料--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------三.日程记录3.11.怎样学习变倍组的线性运动以及补偿组的非线性运动设置变量:想要优化的透镜曲率、厚度等设为变量;变倍组和补偿组设定的所有空气间隔THIC也全部设为变量构建核心评价函数:1.像质目标MTFT、MTFS控制MTF或用RMS控制点列图半径。2.焦距目标使用EFFL操作数为每一个组态指定其需要达到的焦距值3.像面稳定目标像面位置是固定的。可以使用TTHI操作数控制从最后一片透镜表面到像面的距离在所有组态下都相等或者使用REAY操作数控制主光线在像面上的高度即像高在所有组态下都为零或恒定值2.在ZEMAX中如何实现变倍组的线性运动以及补偿组的非线性运动3.常见的三个组态广角端中焦端长焦段只有三个组态数据无法很好的拟合出凸轮曲线此时优化策略为粗拟合5个组态——精优化10-20个组态3.1建立密集组态方法方法一.使用多重结构向导在多重结构编辑器的空白处右键点击选择Insert Configuration或使用Configuration Spreadsheet。你可以在这里批量生成多个组态并定义组态之间的缩放关系。例如你可以直接指定焦距从15mm到75mm生成10个均匀分布的组态。方法二.使用ZPL宏批量控制Zemax编程语言 (ZPL) 宏自动在评价函数中为每一个组态插入CONF和EFFL操作数。这是最高效、最不容易出错的方法。3.2优化策略——从粗到精第一阶段粗优化5个组态先用5个关键组态如广角、偏广角、中焦、偏长焦、长焦进行优化。第二阶段精优化20个组态操作将上一阶段优化好的5个组态的补偿组位置作为初始值然后利用评价函数中插值或平滑性约束的概念。关键技巧在优化时可以暂时放开对补偿组位置的变量控制让Zemax根据每个组态的焦距和像质要求自动为这20个点计算出最合适的补偿位置。3.3 数据导出——凸轮曲线拟合X轴变倍组的线性位移你手动设定的均匀值Y轴补偿组的非线性位移Zemax优化出的结果导出数据你可以通过Reports-Prescription Report生成报告或者通过ZPL宏将多重结构编辑器中的厚度数据THIC导出为TXT或CSV文件。拟合曲线将导出的数据20个点导入到Excel、Matlab或Python中。使用多项式拟合通常是3次或5次多项式对这20个点进行拟合。拟合出的多项式函数就是你最终要提供给机械工程师的凸轮曲线方程。3.03凸轮曲线凸轮曲线坡度的定义凸轮曲线上某点的切线斜率反应了补偿组位移量随变倍组位移量的变化。坡度为补偿组的位移变化量 / 变倍组的位移变化量。坡度的重要性决定凸轮结构中的压力角压力角过大存在卡滞风险磨损加剧在工程上一般限制压力角在30-45°。“换根和极值的关系”在换根点m3 -1处补偿组从一条曲线切换到另一条曲线。这两条曲线在交点处的陡度斜率必须相等否则连接点会有一个“尖点”导致运动突变。在极值点m31和m32处这两点通常是凸轮曲线的端点。在这些位置曲线的陡度往往为零或极小值。这意味着在变焦开始和结束时补偿组的运动最平缓方便镜头在两端稳定工作。3.04根据球差色差公式确定系统光焦度的分布已知常见的变焦系统组成有正组补偿和负组补偿其中根据色差球差的公式球差↓Ⅰ.可知当前固定组孔径越大前固定组色差就越大为减小前固定组色差前固定组焦距越大越好。Ⅱ.孔径越大会影响到球差而正组补偿变焦光学系统口径小长度长所以其对系统球差和色差的矫正能力强所以系统光焦度分布采用PNPP通过计算求解光学系统公式8中f2,f3应该都改为一次项AI应该是把f2,f3看成了f2^2,f3^2PS目前看到步骤Ⅱ后面。3.05在看昨天后续的推导步骤有几个环节感觉是代入猜的数据然后验证对不对不对的话重新代。深入研究一下这些代数-猜-验证的环节在上述操作后可以得到四个组的焦距f以及各组分间的间隔。概括针对步骤Ⅰ当放大率为-1时确定f3和d23m,以及两个固定点变倍组物点O2补偿组像点O3。其中d23m是直接给赋值假定d23m1似乎不会影响到整体中焦时针对步骤Ⅱ假定长焦时变倍组放大率m2l求长焦补偿组参数m3l和短焦放大率m3s。m3s~m2s , 而b~m2s ,m3s~b最终会得到一个关于m2s的一元二次方程m2s有两个解对应补偿组的两条运动轨迹选择让m2单调变化的m2s值,得到m2s利用变倍组位移量q以及补偿组像点固定得到补偿组短焦时的位置,X3s。假定前固定组与变倍组间的距离d12s,能得到前固定组焦距f1针对步骤Ⅲ选取起始短焦状态假定后补偿组与后固定组距离d34s,后固定组放大率m4s得到后固定组焦距f43.06跟着前面的计算流程走一遍初步得到的计算结果放大倍率为30假定d23m1;m2l-2;f110;d12s3.0985;d34s2,m4s-1。最终结果修正1.假设一个合理的d34s保证f4值合理 2.还需要验证像面的稳定性3.10Q1:目前是设定出一个初始结构后它的很多参数是靠假设得到的那么这意味着它的系统结构不够优秀与稳定这时候如何修改调节初始设定的参数呢具体调整策略调整时通常遵循以下步骤待看“焦距6-60mm变焦安防镜头设计_张齐元”文章在zemax中设计初始结构。尝试通过matlab给出高斯光学的初始解