变焦物镜10mm-100mm优化

DicBalls

    这是最近做的一个10mm-100mm的变焦物镜，F/#2.5，半像高4mm，还没有完成但是卡在这里没有进展了，求各位大佬不吝赐教！

    我的问题包括：
    1.变焦系统的选型上，我选择的是最常见的四组式，前固定组+变倍组+补偿组+后固定组，今天查到一篇专利，用的是前固定组+变倍组+固定组+补偿组，变倍组和补偿组运动实现变焦，那么这两种变焦结构那种结构更适合采用或者说这两种结构的优势体现在哪里呢？
    2.已定的截止频率是145lp/mm，但是现在只能够做到覆盖初始结构的80lp/mm截止频率，想要继续拔高它的像质的话，除了增加非球面之外还有什么建议吗？如果要加非球面的话，一般经验上给哪里上非球面合适呢？通常做定焦的镜头貌似是先给光阑附近的玻璃上非球面。
    3.变焦系统的系统总长是否可以进一步缩短？有些专利可以在不到200mm的系统总长实现10mm-300mm接近30X的变焦，但是也有很多老专利的变焦系统都非常的长，如果需要缩短镜头的长度的话，需要从哪里入手呢？
    4.玻璃材料。我发现变焦光学系统的锤形优化异常得慢，锤了一天也就变了两个材料，所以我就开始手动更换材料了，但是手动更换材料的依据是根据什么呢？

777aoaoao

之前优化的经验，比较片面，欢迎指正
1.个人认为这两种性能上没啥区别。1、3为固定组的结构可以在物理上保证变焦组和补偿组一定不会相撞，后续机电设计方便一些
2.市面上结构类似的竞品喜欢把非球面加在光阑附近的固定组里。个人经验上来说，可以加在球差最大的那个镜片上（所有焦距下球差都最大的那一个镜片）
3.可缩短，拆解过类似结构的20X变焦竞品，总长小于100mm。你的结构上变焦组后面那一块的空气间隙太大了，至少可以缩小一半
4.用codev优化吧，速度非常快。zemax就是很慢，而且你现在结构也不是很合理，手换材料没啥大用

DicBalls

777aoaoao 发表于 2024-6-21 15:00
之前优化的经验，比较片面，欢迎指正
1.个人认为这两种性能上没啥区别。1、3为固定组的结构可以在物理上保 ...

    其实我也不太能够理解为什么有的变焦镜头要求后焦这么长，要有16mm，而有的变焦镜头只要大于4.5mm的后焦就足够了。codeV好上手不呀，我上学那会儿学的ZEMAX和SYNOPSYS，现在用SYNOPSYS搜初始结构，然后用ZEMAX去优化，但是SYNOPSYS搜初始结构也不快，有时候也会碰见各种奇葩的问题。

    我是觉得这种形式的变焦光学系统，如果采用四组式的（前固定组+变倍组+补偿组+后固定组）结构，它的前固定组+变倍组+补偿组形式已经非常固定了，唯一会有较大不同的是后固定组，所以我寻思后固定组选得好的话，有可能对变焦系统的像质有较好的作用，但是我不知道我的这个直觉对不对。

777aoaoao

DicBalls 发表于 2024-6-21 15:21
其实我也不太能够理解为什么有的变焦镜头要求后焦这么长，要有16mm，而有的变焦镜头只要大于4.5mm的 ...

你应该直接去选一整套比较好的初始结构，而不是只选补偿组，你这个指标我个人认为11片就能做出来

DicBalls

777aoaoao 发表于 2024-6-21 15:24
你应该直接去选一整套比较好的初始结构，而不是只选补偿组，你这个指标我个人认为11片就能做出来 ...

    变焦系统的初始结构选取有啥技巧不？什么样的系统可以看出来潜力很大呢？

777aoaoao

DicBalls 发表于 2024-6-21 15:34
变焦系统的初始结构选取有啥技巧不？什么样的系统可以看出来潜力很大呢？
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买别人家的镜头，自己拆了看看


我个人认为，变焦镜头中全焦段的色差矫正会比较难做


在陶纯堪老师的书籍-《变焦距光学系统设计》里，有提到变焦色差的矫正，需要保证每个镜组本身0色差
对此我推导出的就是，每个镜组本身最好有一个双胶合镜片，其他的没总结出太多经验，现在还是多以参考竞品结构为准

不过你先用CODEV优化试试吧，你现在镜片数量是过剩的，应该能很快优化出比较好的结构，估计用不上非球面

DicBalls

777aoaoao 发表于 2024-6-21 15:41
买别人家的镜头，自己拆了看看

    双胶合这个确实，之前我也是看到哪个博主的分享帖子里面说到，有一个没有理论验证的经验，变焦系统的每个组里都会有双胶合，所以我用SYNOPSYS跑初始结构的时候，如果变倍组或者补偿组凑不出来一个合理的双胶合的话，我都不会选择。

777aoaoao

DicBalls 发表于 2024-6-21 15:46
双胶合这个确实，之前我也是看到哪个博主的分享帖子里面说到，有一个没有理论验证的经验，变焦系统的 ...

我另一个经验就是，由于每个镜组都需要一个双胶合（一正一负透镜），双胶合透镜无法承担光焦度，所以还至少需要一个镜片来承担光焦度

所以，四镜组结构，要保证全焦段各种像差都矫正好，至少需要12个镜片

在实际优化过程中，如果发现某个镜组的总像差在全焦段都很大，那这个镜组可能需要再多塞几个镜片把该镜组的像差降下来（或者在该镜组上用上非球面）

白云飞飞飞

你可以参考一下这个


10X机械补偿变焦物镜，焦距15mm到150mm，相对孔径F/2.5,像面直径11mm - 视频资源、实例分享、初始结构 - 吾爱光设 - Powered by Discuz! (optzmx.com)

zemaxhouzi

DicBalls 发表于 2024-6-21 15:21
其实我也不太能够理解为什么有的变焦镜头要求后焦这么长，要有16mm，而有的变焦镜头只要大于4.5mm的 ...

跟相机的接口有关，如果镜头是C口，法兰会是17.526