本帖最后由 涯垠疆 于 2024-3-1 16:51 编辑
光学小白记录一下这几个月变焦镜头的学习优化过程
先贴一下镜头指标：
a) 焦 距：30mm～150mm； b) F 数：1.2； c) 工作波段：8μm～12μm； d) 探 测 器：1280×1024,12μm（艾睿，LGCS121H0020000X4SQS）； e) 视 场：28.72°×23.15°～5.86°×4.69°； f) 工作温度：-40℃ ～60℃； g) TOTR：小于200mm。
一、原理学习
去年毕业，之前专业不是光设的（3D显示），基本是从头学。主要参考陶纯堪的《变焦距光学系统设计》。原理扫盲和变焦系统公式推导。
二、搭建近轴系统
当时弄懂了正组补偿变焦系统的公式推导，用表格算了一个初始的近轴模型，自己试着优化，结果很糟糕，当时也不知道怎么评价近轴模型好还是坏。后来带我的老师给了一个近轴模型。
三、近轴模型转为厚透镜模型
由于没学过PW算法，老师就让我用构造法，将近轴模型转换成厚透镜。用自己优化的或者在专利中找合适的单镜头凑起来。经过多轮优化，也犯了很多错误.总体流程就是先在零视场大F数(等于4)的指标下把变焦系统搭起来，然后逐步增加视场，基本增加到全视场就需要引入非球面或衍射面了，再逐步减小F数到要求指标。
优化过程中当然遇到不少问题：
1、变量设置，哪些量可以变，哪些不能变（优化前期变焦补偿组的焦距和多重结构的空气间隔不能变，可在变焦补偿组前后加空气面变量，保证变倍比）；
2、评价函数的设置，控焦距、控总长相等，（我是采用点列图+对比度优化，前期3环6臂，后期6环12臂，波前优化应该是设置不对，一优化就跑偏）；
3、一般很难经过一轮就把变焦镜头优化好，就把本轮优化得比较好的单镜头挑出来，再在近轴模型的基础上构造，然后开始下一轮优化；
4、经过几轮优化，也在增加镜片数和非球面数，最后用了七片镜子（6个非球面+1个衍射面），总长在250mm。后期优化不动了还放开了多重结构中的空气变量，像质是中间焦段还行，但长焦和短焦不行，而且系统总长很难往下压。有尝试设置组态不同权重，有效果但不多；
四、CODEV
感觉ZEMAX优化到头了，看网上的说法是CODEV更适合用于变焦镜头优化。于是开始学习，不过相较于ZEMAX，网上CODEV的视频学习资料确实少很多。我是跟着b站上几个视频学的CODEV。简单的软件熟悉，与ZEMAX怎么正确互导，宏语言初步学习。 虽然数据正确互导，但还是像质结果还是存在一些不同，ZEMAX的二元面数据能正确导入CODEV，但反过来就不行，需要手动转换添加。
另外，就该变焦镜头而言，CODEV的优化能力确实更强，比较容易将总长控制再200mm以内，优化后再导入ZEMAX锤形优化换材料(不会CODEV换材料)。
到现在为止，只能说初步优化结果还行，后期还要看凸轮曲线，是否能够减少镜片数量和非球面数量，冷反射、热分析等等，还有很多工作。
总结一下吧，这几个月从头开始学光学设计，从定焦到变焦，收获很多（大部分是扫盲），也深知自己的差距，也特别感谢咱们这个论坛，在这学到了很多东西。
这个帖子一是学习，二是希望前辈们看看我这个设计过程有没有什么错误或值得优化的地方。
感谢！
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发表于 2024-3-1 16:51
