SYSNOPSYS的定焦镜头自动搜索实例

武汉墨光

在这里我们参考书籍中的案例，通过SYNOPSYS软件来进行光学系统的设计，进一步演示软件从零开始设计定焦镜头，以及部分MTF知识。
SYNOPSYS软件的定焦搜索功能设计的CCD弹道相机的光学系统。

技术指标：焦距65mm ，孔径40mm,全视场为25°，CCD像元尺寸为15μm，故截止频率为35cy/mm。

在DSEARCH功能中分为四个步骤，在对应窗口输入你需要的数值，最后软件会生成一个搜索宏，只需要运行软件就可以根据你的需要去设计搜索初始结构。

在步骤一中，我们需要去定义系统参数，包括波长、半视场角、入瞳半径、系统单位等。

步骤二：这里我们需要对镜头结构的详细参数设定，例如元件数、F数、后焦、总长、视场，光阑位置等。

步骤三：在这个窗口，我们可以增加一些特殊的变量控制，也可以增加一些指令在搜索过程中就去对某些像差进行控制。

补充：在进行DSEARCH搜索功能时，应该尽量去保证DSEARCH的简洁性，也就是不要在搜索时就加入太多的像质控制指令，可以在后续去进行优化。

步骤四：这里取输入相关搜索迭代次数退火温度，并创建搜索宏即可。

搜索过程分为两部分；首先是快速搜索，软件是从平行平板去进行优化搜索，然后是真实搜索，软件就会对镜头结构的细节进行处理。

软件会给出10个具有潜力的结构，并将评价函数值最低的镜头显示在PAD窗口，同时会自动生成优化宏，后续优化过程可以不断修改优化宏即可。

查看当前初始镜头结构的MTF，可以发现，搜索出来的初始镜头在截止频率下各视场的MTF均高于0.72.

在光学系统设计中，由于接收器是平方率探测器，主要考虑MTF，在设计软件中一般截止频率取决于光学系统的艾里斑半径，取决于光学系统的像方孔径角和波长，而在实际应用中，截止频率的大小取决于探测器的分辨率。
为了利用MTF全面评价像质，对投影光学系统可用主观质量因子评价，SQF是在截止频率的范围内，规范的MTF相对频率对数的积分。如果SQF＞0.8，表明光学系统像质较好；如果SQF＜0.8 表明光学系统像质较差。这表明用规范化的MTF质量标准与斯特列尔比的艾里斑的亮度准则(SQF＞0.8)一致。
MTF曲线可以评价物体不同空间频率下的图像传递情况，高频代表物体的纹理特性，低频代表物体的轮廓特性。
应用MTF评价像质的另一个优点是可联级，如果系统由光学镜头和探测器CCD组成，则系统的MTF是镜头的MTF乘以CCD探测器的MTF。

设计软件中一般截止频率取决于光学系统的艾里斑半径，取决于光学系统的像方孔径角和波长，而在实际应用中，截止频率的大小取决于探测器的分辨率。
为了利用MTF全面评价像质，对投影光学系统可用主观质量因子评价，SQF是在截止频率的范围内，规范的MTF相对频率对数的积分。如果SQF＞0.8，表明光学系统像质较好；如果SQF＜0.8 表明光学系统像质较差。这表明用规范化的MTF质量标准与斯特列尔比的艾里斑的亮度准则(SQF＞0.8)一致。
MTF曲线可以评价物体不同空间频率下的图像传递情况，高频代表物体的纹理特性，低频代表物体的轮廓特性。
应用MTF评价像质的另一个优点是可联级，如果系统由光学镜头和探测器CCD组成，则系统的MTF是镜头的MTF乘以CCD探测器的MTF。