理论分析在镜头设计中的指导意义（实例）

华氏968

前辈你好，您对于焦距和像高只控制一个的看法我觉得很对，但是我目前有个问题，只是控制像高不控制焦距的话，焦距会变大，伴随着畸变也会变的很大，导致畸变难以优化，是个大视场的系统，这该怎么办呢？

海绵宝宝

华氏968 发表于 2022-11-16 16:47
前辈你好，您对于焦距和像高只控制一个的看法我觉得很对，但是我目前有个问题，只是控制像高不控制焦距的话 ...

关注一下工作距离、物高和像高，应该不会有这种情况，除非是系统畸变确实比较大。

华氏968

海绵宝宝 发表于 2022-11-16 18:22
关注一下工作距离、物高和像高，应该不会有这种情况，除非是系统畸变确实比较大。

工作距离是无穷远，半视场角67°，半像高4.64mm，初始结构的参数如下图所示，优化初始结构我只控制了像高、cra和mnca、mnea、mncg、mneg，然后添加了默认的点列rms，结果畸变和焦距变的很大，而且矫正不回来，请前辈指点一下。

华氏968

海绵宝宝 发表于 2022-11-16 18:22
关注一下工作距离、物高和像高，应该不会有这种情况，除非是系统畸变确实比较大。

前辈，一个超广角系统mtf达标了，但是畸变很离谱怎么办，直接拉畸变或者间接拉焦距都不行，有什么办法吗？畸变只能前期控制吗？

海绵宝宝

华氏968 发表于 2022-11-17 08:46
前辈，一个超广角系统mtf达标了，但是畸变很离谱怎么办，直接拉畸变或者间接拉焦距都不行，有什么办法吗 ...

超广角镜头确实畸变不好控制，建议减小像质权重，增大畸变控制权重。畸变的控制可以贯穿整个设计周期。
畸变很严重的情况下，焦距和像高的对应关系是不准确的，另外非球面的圆锥系数对焦距也有影响，最好控制在±100以内。

江峰1010

我学着作者的步骤也试了一下，也有几个问题，具体如下：
问题1：

从像差理论的角度来看，这个光学系统畸变要求很严格，而且目前均是球面透镜，如果要用球面透镜来校正畸变，比较好的方式是在镜头前端使用一组及以上一组以上的正负透镜

Q1.

小视场MTF比较高，大视场MTF相对较低，故调整视场权重继续优化

此时说调整视场，开头的评价函数的MTF已经删了请问一下，此时调整的视场具体是怎么调整的呀

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问题2.文中对弱光焦度透镜4&5进行删除，删除后手动调整透镜半径，使得光线追迹可以进行，此处删除两个透镜是先删除两个在调整透镜半径吗，我做的时候，先删除一个透镜，然后调整半径，结果另外一个就变得好像不是弱光焦度了，这样的情况下，是否还要删除呀？我是删除了透镜4后没有删除透镜5继续优化了。以下为我删除了透镜4后优化的结果。

看起来MTF变得更差了

相对照度倒是挺高的，不过这个MTF变差了很多，相对照度好了一些，内在是什么原理有没有可以解释一下呀？

然后我看双胶合透镜的光焦度挺弱的，但是感觉双胶合透镜挺重要的，然后看就是双胶合前的透镜8光焦度弱，就删除了该透镜，然后继续优化。

以下这个是第二次优化了的结果：

根据这个结果，也是像作者一样，然后看第一个透镜9的光焦度比较弱，删除后，第三次优化，结果为：

MTF还是很差，学着作者的例子删除了透镜10后进行局部优化和锤形优化（其实我还没有明白作者在这一步的后一步后就开始说透镜复杂化了，而前面几步都是在删除透镜，什么时候需要删除透镜，又是怎么判断什么样的情况下该复杂化我也没有明白这里面的原因）。

锤形优化后，得到下面的结构。

MTF好很多，不过还是中心视场MTF并不是最高的，反而是12°视场的MTF最高。

做到这里，作者后来是进行了复杂化，但是我还是没有学会这一点，在此处应该继续怎么操作了，作者能不能帮我回答一下上面的问题呀，后续优化的方向怎么操作呀？谢谢！

海绵宝宝

江峰1010 发表于 2023-3-6 15:43
我学着作者的步骤也试了一下，也有几个问题，具体如下：
问题1：

Q1:此时说调整视场，开头的评价函数的MTF已经删了请问一下，此时调整的视场具体是怎么调整的呀？

这里说的是调整视场权重，不是调整视场。MTF较低的视场适当增大权重。

Q2.文中对弱光焦度透镜4&5进行删除，删除后手动调整透镜半径，使得光线追迹可以进行，此处删除两个透镜是先删除两个在调整透镜半径吗，我做的时候，先删除一个透镜，然后调整半径，结果另外一个就变得好像不是弱光焦度了，这样的情况下，是否还要删除呀？

删除弱光焦度透镜的主要目的一个是提升优化速度，另一个提取这个系统的架构。我觉得同时删掉两个弱光焦度透镜和逐步删除单个弱光焦度透镜的方式都是可以，逐步删除的方式应该是更合理的，只是优化需要多一些时间。

Q3.相对照度倒是挺高的，不过这个MTF变差了很多，相对照度好了一些，内在是什么原理有没有可以解释一下呀？

然后我看双胶合透镜的光焦度挺弱的，但是感觉双胶合透镜挺重要的。

从后面的优化来看，MTF比较差可能的原因是系统还没有从删除透镜的局部极小值中跑出来，经过更长时间的锤形优化是可以解决该问题的。

一般来说，如果靠近芯片端存在负透镜或者负的光学表面，是有可能出现边缘相对照度比中心高的情况。靠近芯片端的负透镜或者负的光学表面其主要作用是场曲校正，像差中与场曲相矛盾的像差首先是球差，如果场曲被良好校正了，那么系统可以有更多的资源校正轴外视场的球差，因此可以减小轴外视场的F#。边缘视场的相对照度比中心高，也可以理解为边缘视场的F#小于中心。

这里需要注意的是，原文件中对镜头的后焦距是要求的，不能太近了。后焦距与镜头像差校正有很大的关系，如果后焦距缩短，镜头像差校正难度一般会下降。

双胶合透镜的整体光焦度弱是正常现象，只是胶合透镜的单透镜光焦度不该太弱。

Q4.（其实我还没有明白作者在这一步的后一步后就开始说透镜复杂化了，而前面几步都是在删除透镜，什么时候需要删除透镜，又是怎么判断什么样的情况下该复杂化我也没有明白这里面的原因）。

个人定义，删除透镜到了删无可删的时候，就是再删除一个透镜，像质就会有明显的下降，怎么优化也拉不起来的那种情况，就需要开始增加透镜。从这个节点开始，我定义为透镜复杂化，因为要增加透镜了。

Q5.MTF好很多，不过还是中心视场MTF并不是最高的，反而是12°视场的MTF最高。做到这里，作者后来是进行了复杂化，但是我还是没有学会这一点，在此处应该继续怎么操作了，作者能不能帮我回答一下上面的问题呀，后续优化的方向怎么操作呀？谢谢！

12°视场的MTF高于中心视场并不是问题。

优化到目前，像质已经很好了，没有必要再在像质上继续努力，应该转到镜头的性价比优化上。可以有以下几个优化方向：

①根据镜头规格要求，拉开后焦距；

②对于镜头中比较同心的透镜，拉开两个表面的球心距。-便于透镜加工；

③调整材质，使用H开头的环保材质，尽量避免类似于H-ZF72A以及H-ZPK5这类高成本的透镜材质。还有需要注意H-ZLAF90在蓝光波段吸收比较严重，使用时应当控制透镜的厚度或尽量避免使用。

叮叮叮123

maturer 发表于 2020-7-14 10:12
这个是根据定心系数公式得出来的吗？
（D1/4R1+-D2/4R2）>0.125

在镜片的定心磨边中，会涉及到定心系数（也叫Z系数），若Z系数过小，则会定心困难，镜片难以加工。
一般分为几个等级：Z<0.05，定心困难；0.05≤Z<0.15，一般定心；0.15≤Z，定心容易。
Z=（D1/4R1+-D2/4R2）;
D分别为透镜前后两个面的口径，R为其曲率半径，当透镜两面均为凹或凸时，正负号取正号，当为一凸一凹时，正负号取负号。
一般来说，若两个面接近同心，则Z系数比较小。