[已解决]【求助】【变焦系统问题大杂烩】

布吉岛

各位前辈好，本人光学设计小白，初步掌握了zemax的基础功能，但是经验、光学理论、设计思路等方面还是很缺乏，目前在摸索尝试设计，无限共轭距（平行光进、平行光出）的连续变焦系统，自己尝试优化设计了一下，但是还是有很多疑惑，希望各位可以指点一下（摸索的文件以附件的形式上传）

（1）初始结构该如何寻找呀，有没有什么具体的网站、专利库可以推荐，找的时候主要根据什么指标去找呀
（2）我看了很多帖子，大部分是看了陶老师的书，初步计算了一个焦距的分配情况，那在实际运用中，是需要严格控制各个组成部分与计算出来的焦距一致吗？有的人说可以放宽要求，但是这样的话一开始计算焦距不就没什么意义了吗？到底该怎么做（我目前的做法就是不约束焦距了，只要它性能好就行）
（3）在优化连续变倍系统时，多重结构中，变倍组、补偿组的移动该怎么控制，才能约束它们按照一定的轨迹移动（我使用的方法是控制变倍组与前固定组、补偿组与后固定组间距离递减的方式）
（4）如何控制、提高系统的性能，我设计的是无限共轭距，平行光进、平行光出的，设置的视场是入射角度，通过约束出射角度，控制各个结构的放大倍率。这个情况下“系统孔径”该如何设置，才能达到控制、提高系统性能的要求呢，我选择的是入瞳直径，由于“我不知道”各个倍率下该给多大的入瞳直径（如果各位前辈知道还请指点一二，是需要与物镜或者管镜结合起来考虑吗？具体该怎么考虑呀），所以我一开始想把入瞳直径设置成变量，但是发现设置成变量后，zemax就会自动把入瞳直径优化的非常小，没有意义。所以我随便设置了几个入瞳直径进行优化。。。只能说是无奈之举吧，不知道如何下手，只能瞎试
（5）光阑的设置问题，物镜和管镜都有它们的入瞳、出瞳，位置是固定的，但是变焦系统不同倍率，它的入瞳、出瞳是会变化的，该如何实现物镜、变焦系统、管镜之间的连接呢，如何选择光阑的位置呢

最佳答案

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Decade

2024-9-5 08:48

1、初始结构可以自己从定焦开始跑，以某一个倍率为起点，或者用专利或者是公司里前辈们设计的结构，也可以自己计算一下近轴光学，把每个组元的焦距，运动曲线等这些计算一下，然后进行实际替换只是会比较麻烦。
2、陶老师的书倒是没啥问题，可以借助计算工具去快速拟合变焦补偿曲线，后面加入固定组进行计算。
3、只要变倍补偿曲线没出现拐点等问题，一般不需要控制，正常就是负正和负负，两种曲线不一样，各有优势。
4、视场设置不变的部分即可，比如像高，系统孔径可以设置NA，其他参数软件会自动计算，每个倍率的NA是不一样大的，只要保证系统光阑充满即可。
5、这种双端无限远变焦的出入瞳匹配不太好匹配，光阑位置一般放变倍补偿中间，补偿组后面，可以设置跟随补偿移动，单独移动或者固定起来，具体看设计指标和要求，光阑的位置对前组的口径影响一般比较大。

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涯垠疆

本人也是在磕连续变焦镜头，这里抛砖引玉一下。
（1）目前没有遇到特别好的
（2）通过陶老师的书，可以得到连续变的高斯模型，然后就是厚透镜化，在后续优化过程中，我是保证变倍组和补偿组焦距不变，d12,d23,d34不变（d12前边和d34后边可以插入空气层），这样能确保凸轮曲线和设计一样
（3）按照（2）的方式，变倍组和补偿组的移动就不需要控制，因为不是变量
（4）（5）目前我用到两种光阑设置方式，一种是定F数（光阑放在后固定组或者补偿组与后固定组之间，通过减小F数提升性能），一种是变F数（光阑放在补偿组，浮动光阑，增大光阑的口径以提升性能）；物镜、变焦系统、管镜之间的连接没接触过

Decade

1、初始结构可以自己从定焦开始跑，以某一个倍率为起点，或者用专利或者是公司里前辈们设计的结构，也可以自己计算一下近轴光学，把每个组元的焦距，运动曲线等这些计算一下，然后进行实际替换只是会比较麻烦。
2、陶老师的书倒是没啥问题，可以借助计算工具去快速拟合变焦补偿曲线，后面加入固定组进行计算。
3、只要变倍补偿曲线没出现拐点等问题，一般不需要控制，正常就是负正和负负，两种曲线不一样，各有优势。
4、视场设置不变的部分即可，比如像高，系统孔径可以设置NA，其他参数软件会自动计算，每个倍率的NA是不一样大的，只要保证系统光阑充满即可。
5、这种双端无限远变焦的出入瞳匹配不太好匹配，光阑位置一般放变倍补偿中间，补偿组后面，可以设置跟随补偿移动，单独移动或者固定起来，具体看设计指标和要求，光阑的位置对前组的口径影响一般比较大。

E1even

你好，最近我也在学习变焦成像系统，请问您说的陶老师的书是哪本呢？

jiangbaolin11

1.初始结构找专利自己改，多了后自己也会有一套自己跑过的库，随时拿来用  2.不要强约束焦距，用opgt及oplt控制在一定范围内就可以，设置好物高（或者视场角）及像高（ragy，opgt）就可以了，焦距不会飞，有些镜头甚至完全不需要控制焦距（双远心有限共轭） 3.优化前期不需要控制，只需要运动方向是单调的，不要倍率逐步增大但间隔一会儿往左一会儿往右，连续变焦没办法实现，此时再干预  4.你的权重设置的有问题，全都给的15次方或者更大，而且限制项过多，这样默认评价函数的权重就完全不起作用了，按照1，10，...,100这样分阶段给，太小的数值就先用prob放大后再控制，不要一直加权重，性能很难跑上去  5.你这个两边无限共轭的镜头光阑放最前面就可以   另外，你这个结构第四组的双胶合作用应该不大，可能是操作数限制的太死了没跑开，试试解掉焦距限制的再跑跑或者把胶合拆开

jiangbaolin11

jiangbaolin11 发表于 2024-9-5 10:23
1.初始结构找专利自己改，多了后自己也会有一套自己跑过的库，随时拿来用  2.不要强约束焦距，用opgt及oplt ...

还有一个问题是，双端无限远的扩束镜，控制倍率难道不是控制像高吗？比如进来光束直径9mm，控制像高在18mm那就是放大两倍了，你控制角度干嘛？而且勾选了无焦像空间，又要强行把像方远心度做大，所以你的性能才很拉跨，而且操作数还要给那么大才能强行把角度拉起来。

jiangbaolin11

jiangbaolin11 发表于 2024-9-5 10:31
还有一个问题是，双端无限远的扩束镜，控制倍率难道不是控制像高吗？比如进来光束直径9mm，控制像高在18m ...

畸变控制也有问题，畸变强行等于某个值，还给那么大的权重，跑起来没觉得跑不动吗

涯垠疆

E1even 发表于 2024-9-5 10:07
你好，最近我也在学习变焦成像系统，请问您说的陶老师的书是哪本呢？

就是这个

Decade

jiangbaolin11 发表于 2024-9-5 10:31
还有一个问题是，双端无限远的扩束镜，控制倍率难道不是控制像高吗？比如进来光束直径9mm，控制像高在18m ...

会不会人家设计的不是扩束镜，而是连续变倍显微镜头

布吉岛

涯垠疆 发表于 2024-9-5 08:45
本人也是在磕连续变焦镜头，这里抛砖引玉一下。
（1）目前没有遇到特别好的
（2）通过陶老师的书，可以得到 ...

前辈您好感谢回复，我还是有几个疑惑，想再请教一下您：
（1）您说的减小F数、增大光阑来提高系统性能，请问是有什么计算方法可以计算出各个倍率下对应的F数、光阑应该是多少吗？还是自己一点点去尝试各个数值
（2）前辈能不能具体讲一下“光阑尺寸浮动”是怎么用的啊，是自动改变光阑大小吗？如果是自动改变光阑大小，像我给出例子的这种情况，光阑在第一个面，那么“设置光阑尺寸浮动”和“在多重结构操作数里把APER设置成变量”有什么区别呢
（2）还有就是前辈您说的设置F数，可能针对的是成像的变倍系统，但是无线共轭距系统中是不是没有办法约束F数啊，它的焦距是无限大的欸