[已解决]手机镜头设计，关于无限距和有限距工作f数

Vin

           本人目前在设计一款镜头，以无限距像质为主，同时需要兼顾100mm的像质。由于之前一直设计按无穷远的镜头，所以对有限距不太了解。有几个地方不太清楚：1、物距从无穷远移到100mm时，工作f数和近轴f数增大，而无穷远一般是用像方f数设计,那我优化的时候需要控制那个f数与无穷远相同呢？我尝试控小工作f数，发现无穷远的f数也会减小，这样是不是意味这两个工作f数是不可能相同的？    2、除了总长外，是不是所有的参数，无限距和100mm有限距都需保持一致？像高需要完全一致吗？
          希望有做过类似设计的同行不吝赐教！谢谢！

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woju

2022-8-23 17:07

我觉得吧，如果设计要求的是无穷远的F数，那么就不必刻意去控制有限远的F数。无穷远F数决定了设计出来的镜头的孔径光阑的尺寸，这个孔径光阑尺寸又决定了100mm物距的f数，孔径光阑尺寸不改，但系统其他参数变了，两个F数是会不一样的。另外摄影镜头里有个名词叫呼吸效应，就是说相同的cmos尺寸，不同的物距下，系统的物方角视场不一样大。这个对录像效果有比较大的影响，如果要约束呼吸效应，就需要约束不同物距时，相同像高，物方角视场不变，或者相同角视场，像高不变。

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寒冬的咖啡

是兼顾1000mm不是100mm吧？一般来说次要工作距就只是出个图而已不会特地去优化，有明确要求的除外，像三星就会明确要求次要工作距的畸变

Vin

寒冬的咖啡 发表于 2022-8-23 09:13
是兼顾1000mm不是100mm吧？一般来说次要工作距就只是出个图而已不会特地去优化，有明确要求的除外，像三星 ...

规格里面给的确实是100mm。现在就是换到100mm，mtf基本没有，所以需要优化。

woju

我觉得吧，如果设计要求的是无穷远的F数，那么就不必刻意去控制有限远的F数。无穷远F数决定了设计出来的镜头的孔径光阑的尺寸，这个孔径光阑尺寸又决定了100mm物距的f数，孔径光阑尺寸不改，但系统其他参数变了，两个F数是会不一样的。另外摄影镜头里有个名词叫呼吸效应，就是说相同的cmos尺寸，不同的物距下，系统的物方角视场不一样大。这个对录像效果有比较大的影响，如果要约束呼吸效应，就需要约束不同物距时，相同像高，物方角视场不变，或者相同角视场，像高不变。

Vin

woju 发表于 2022-8-23 17:07
我觉得吧，如果设计要求的是无穷远的F数，那么就不必刻意去控制有限远的F数。无穷远F数决定了设计出来的镜 ...

      感谢，受教了，再请教一下，您所说的呼吸效应是只针对有限距而言吗？我的系统光阑是在第一面，怎么能做到控制物方视场角一样的情况下控制像高一样呢？就是想不到这个原理，有相关资料推荐我看一下吗？

Yukkiyuna

Vin 发表于 2022-8-24 08:20
感谢，受教了，再请教一下，您所说的呼吸效应是只针对有限距而言吗？我的系统光阑是在第一面，怎么 ...

尝试用不同的物距去优化，你会有意外收获。想兼顾的话第一步可以从改物距入手

woju

Vin 发表于 2022-8-24 08:20
感谢，受教了，再请教一下，您所说的呼吸效应是只针对有限距而言吗？我的系统光阑是在第一面，怎么 ...

呼吸效应其实就是系统在对不同物距对焦后，焦距发生了变化，无限远有限远都一样。可以通过控制主光线与像面交点高度来控制像高，比如zemax里的REAY，可以约束光线与任意一个面交点的Y轴坐标等于某个值。REAY - 光学课堂 (optkt.cn)
或者直接按实际像高设置视场，并用RAID约束光线在进入系统前与光轴的夹角等于某个值。
或者直接EFFL约束不同物距的焦距相等。

还有这种需要考虑不同物距成像质量的设计，往往都是要做成多重结构的，物距和像距都设为多重结构，协同优化得到最好的效果

Vin

woju 发表于 2022-8-24 09:51
呼吸效应其实就是系统在对不同物距对焦后，焦距发生了变化，无限远有限远都一样。可以通过控制主光线与像 ...

     嗯嗯，我现在就是在使用多重结构优化，像距和物距都设置了，然后也用effl控制了焦距相等，但是两者的像高是无法达到一致的，像高一致应该不太可能吧。

woju

Vin 发表于 2022-8-24 10:00
嗯嗯，我现在就是在使用多重结构优化，像距和物距都设置了，然后也用effl控制了焦距相等，但是两者 ...

一般来说都是按像高来设置视场的，因为cmos尺寸是不会变的。约束物方视场角大致相等即可

syshh

woju 发表于 2022-8-24 09:51
呼吸效应其实就是系统在对不同物距对焦后，焦距发生了变化，无限远有限远都一样。可以通过控制主光线与像 ...

手机镜头应该不会出现这样的问题吧？手机镜头都是整组对焦，不是某几个镜片前后移动地对焦，焦距不会变吧？