每月一题：一款车载镜头设计

天空很蓝

aonex125 发表于 2020-11-25 22:31
大佬，现在怎么没安排设计的题目了？除了那个望远镜的那个，每个月搞一个啊。。。

论坛的题目太多了。。。

bigsailor

案例4 车载镜头

1.  芯片        1820*940  (pix 4.2um)---------119 全频
2.  光谱        410-700(+/-10)nm     
3.  EFL         TBD                          ----------2.29
4.  TTL         30mm                       ----------29.95
5.  FFL         >3mm                       ---------6.84  >3mm
6.  FNO       <=1.6                        ---------1.6
7.  HFOV      50                              --------- ok
8.  VFOV      TBD
9.  DFOV      TBD(1F)
10.CRA        <15                          ------- 8.7   
11.RE-Ill       >70%@1F                ------ >95%
12.MTF        >55%@1/2Ny   0<=F<=0.4      ------82%
                   >50%@1/2Ny  0.4<F<=0.8     ------70%
总结：
1. 经过这次练习，大致对过程有个初步的认识，每个阶段怎样做。
2. zemax2005 没有找最佳非球面位置的功能，08以上才有。需要买个，请问各位大佬哪个版本最好使呀？
3. 原优化完后发现RI在1.0F低于70%, 因为光阑像差的原因，ray aiming后重新优化。
4. 对像差平衡有初步认识，各种像差的平衡结果会好一些
5. RSCH,RAID,PROB,OPLT,OPGT,TTHI操作数
6. 其他前辈同仁的案例我打开是空白，估测是zmx2005版本太低不兼容？ 有大佬可以帮忙将P3-P4的文件转化成zmx2005的么？

。

徐洋阳2021

liacheng 发表于 2020-3-4 19:15
试了几个初始结构，目前结果都不太好。麻烦确认下以下两点计算没错吧，不然做的都是无用功了：
1. W宽度： ...

那是水平全视场角50°，不是半角

书影

仔细看了前面小伙伴做的，试着做了一版，根据第一个朋友找的专利做的，调整视场角为50°，然后，根据像高缩放成目标像高3.822mm，约束长度，照度，CRA等，再将F#优化到1.6，直至满足MTF的要求。大致满足题目的需求，只用了一片非球面镜片，不确定有没有其他什么问题，求大佬帮忙看看。

Issac

zghxd1991 发表于 2020-3-12 11:36
找了好几个专利尝试，但是效果都不好，发现优化的关键在场曲、像散，点列图很难优化小，MTF也很难上的去。
...

求问一下，像这种结构计算完光学参数后如何有效的寻找初始结构呢？感觉查专利什么的也找不到什么方向，望不吝赐教。

yxj123456

学习设计几个月了，之前一直只是设计一些简单的微投影小光机，现在来尝试一下这个车载，大概优化了两天，大部分时间在跑全局和锤型，也总结了一些问题。

优化过程与思路：

1.      输入系统参数，输入F数为1.6，口径余量0.2mm；输入视场角50、42.5、35、25、15、0；设置波长0.42、0.555、0.690。

2.      加入6片平板、光阑和coverglass，玻璃均为H-K9L，光阑放中间。

3.      加入操作数，使用EFFL控制焦距，焦距使用公式fθ=y’，大概算出为4.4；TOTR控制总长30以内；RAID控制cra小于15；MNCA控制FFL；加入点列默认优化函数。

4.      把所有半径（除光阑和coverglass）和厚度都设置为变量，材料使用替代，替代的材料库为CDGM生产频次为MA的材料（我把频次为MA的材料整理成了一个库）。

5.      使用全局优化，让其跑初始结构，过程中会出现比较奇怪的结构，比如半径过小，这时手动更改参数，取消其变量，再全局跑一会，再设置回变量继续跑；循环操作，跑到结构比较顺眼，评价函数相对较低并且评价函数不怎么动。

6.      打开光线瞄准，删去EFFL操作数，改为使用RAGY限制最大视场的像高为3.822。

7.      点列、和波前默认评价函数轮流使用优化，普通优化优化不动了再使用锤型优化，大概锤它一晚等明天。锤了一晚，再把第二片镜片变为非球面优化非球面系数，优化不动了再锤型优化，最后再使用MTFT和MTFS拉一下MTF。检查各参数，没在规格内的加大权重优化。若优化过程中厚度或空气间隔太小，加大权重限制。

总结与问题点：

1.      优化比较随意，看结构不顺眼直接改（比如半径去到2，直接改大半径，然后再全局优化跑，若光线过不去报错，缩小口径优化一下，再改大口径），全程靠全局优化和锤型优化，不知怎么用像差知识来优化，比较迷茫。

2.      哪些玻璃材料可以用来做非球面，因为没有这方面的知识，不知道这个设计中的材料是否能做成非球面。

3.      球面优化完毕后，怎么选择使用哪片镜片做为非球面，这次设计，是一片一片地改成非球面，看哪片对MTF影响最大，就用哪片作为非球面。

4.      镜片胶合是否有什么限制，（比如是否需要特定的材料才能胶合在一起？）优化过程中出现了两片镜片挨得很近的情况，所以让它变成了胶合，不知道有没有问题。

5.      车载镜头对畸变没有要求吗？

6.      视场角是用水平的来算，那对角线角落处不会出现暗角吗？

7.  光线瞄准开与不开差别很大，最终的设计不开瞄准直接不能追迹，这是正常的吗？

OBVIOUS

根据第一个朋友的专利做的，用的是CODEV110,
1. 输入系统数据F数1.6，波长400,546,710，视场0，28.6,50,54；
2. 输入专利数据，设置厚度和曲率为变量，设置最后一面厚度为近轴像距求解；3. 设置自动优化设置，使用默认垂轴像差优化，设置了特殊约束来控制系统总长，50度视场像高，后截距和CRA，进行优化，优化效果不理想，MTF在边缘视场很差；
4. 设置材料为变量，继续优化，发现28.6度视场的无法达到MTF0.5的要求，我的方法是改变视场的权重，逐渐平衡优化使得所有视场的MTF均能在0.5以上。
5. 使用glassfit宏将虚拟玻璃替换为CDGM玻璃，发现MTF明显变化，再进行一次优化和视场平衡达到MTF要求。
存在的问题：
1. 我发现大家都是先选择材料再进行优化，这个有什么技巧么，一套初始结构如何将材料简化和降低成本？
2. CODEV有没有像Zemax中MTFS这样直接优化特定视场和频率的方法？
3. CRA是指中心光线落到探测器上的角度，不需要考虑边缘光线的角度么？
4. 如果遇到照度明显降低的情况是通过什么方法来改善呢？我在CODEV中没有找到直接针对照度优化的方法。
5. 该系统的畸变较大，车载镜头对畸变没有要求么？

quentinkiki

ZYZ 发表于 2020-3-9 17:04
花了一天时间做了下，第二盒第四片是非球面，感觉还有进步的空间，希望大神指导下

这个在优化的时候，需要注意在不同的视场之间要对MTF做平衡。
比如目前的设计，明显的中心的MTF不是最好的，一般通常我们希望中心的解析力最佳。

quentinkiki

初始阶段，想着把畸变做小一点，因此把焦距做小一点，EFL=3.6mm，控制HFOV，总体像高不做控制，感觉光路不是很顺滑



为了让光线走势更顺滑，加入公差优化，明显发现光线走势顺滑多了，但是MTF又不行了


第三阶段，又在想，是不是把焦距做大一点，EFL=4.6mm，第2和第6片用了非球面。
没有刻意去压畸变，发现优化过程明显会好控制很多，同样带入公差优化一版，此时MTF也有明显好转
但是这个时候畸变已经从20%增加到了32%，由此可见压制畸变是多么麻烦的一件事情。




优化后的结果，可以在满足相对照度的基础上，做一些渐晕，来缩减第一片和最后一片的尺寸

此时HFOV=50度，对应的相对照度依然达到93%，满足要求

总结下，如果对畸变没有很高的要求，则把焦距做大一点，还是比较好做的。
由于不是车载行业的，实际当中的具体要求不清楚，有相关行业的朋友，可以解析下相关的光学要求。

悠悠白云

感谢指导，加上光线瞄准、像高设置3.822后优化了一个6G1MG的结构。我是新手，对车载镜头不太懂，简单说一下设计步骤：
1、先在网上找一个大视场角的镜头。
2、通过缩放镜头，使像高为3.8.
3、增加视场参数到50度和RGB光线和F数。
4、写优化操作数，先按要求写上总长，CAR等。
5、开始优化。
6、发现MTF上不去，就增加一个镜片。
7、MTF还上不去，就增加一个非球面。
8、然后增加MTF操作数。
9、全局优化后锤形优化，得到结构。