本系列的 Zemax 技術(shù)文章分享一共將分為三個章節(jié)，會詳細(xì)介紹如何設(shè)計車標(biāo) LOGO 投影系統(tǒng)，包含的內(nèi)容有照明透鏡設(shè)計，投影透鏡的設(shè)計，整體系統(tǒng)的搭建和如何從序列轉(zhuǎn)換到非序列模式，上周我們講到了第一部分： ZEMAX | 如何使用 OpticStudio 設(shè)計車標(biāo)投影系統(tǒng) Ⅰ。 下面我們來看看第二部分：如何使用 OpticStudio 設(shè)計車標(biāo)投影系統(tǒng) Ⅱ

簡介

本文主要介紹了如何在OpticStudio中設(shè)計一個投影物鏡，并且簡單介紹了投影物鏡的優(yōu)化方法。本文使用到的附件請從以下鏈接中下載：

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投影系統(tǒng)建模

對于投影鏡頭設(shè)計，我們也將其翻轉(zhuǎn)過來反向進(jìn)行設(shè)計，從而可以結(jié)合之前翻轉(zhuǎn)設(shè)計的照明鏡頭配合進(jìn)行整體分析。新建另一個文件，設(shè)置翻轉(zhuǎn)后投影透鏡系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)對應(yīng)的選項和參數(shù)。

孔徑類型設(shè)置為光闌尺寸浮動，因為光闌面是整體系統(tǒng)中間的不可更改的真實孔徑，這樣設(shè)置可以保證投影效果和實際情況一樣。

設(shè)置下圖內(nèi)對應(yīng)的視場分布，視場類型為角度，最大視場設(shè)為35°，對應(yīng)全視場角為70°。在期間多設(shè)置一些視場點，確保對系統(tǒng)進(jìn)行更加精確、細(xì)致的優(yōu)化和控制。

與照明透鏡系統(tǒng)使用相同的波長0.587um。

輸入翻轉(zhuǎn)后的投影透鏡初始結(jié)構(gòu)參數(shù)。打開鏡頭數(shù)據(jù)編輯器，輸入翻轉(zhuǎn)后的投影透鏡初始結(jié)構(gòu)參數(shù)，使用的六個透鏡表面都設(shè)置為偶次非球面。第一個透鏡表面除了厚度和口徑參數(shù)不為0外，其余系數(shù)都為0，是一個平面。其余的5個非球面的最大非球面系數(shù)都設(shè)為10階。三個透鏡的材料都選擇PMMA。將表面1設(shè)置為光闌，其余的具體參數(shù)設(shè)置如下圖所示。

輸入完成的照明透鏡的三維布局圖如下所示。

投影系統(tǒng)優(yōu)化

下一步可以進(jìn)一步優(yōu)化投影透鏡。當(dāng)前反向透鏡結(jié)構(gòu)的成像質(zhì)量較高可以直接使用，此處僅簡單介紹此類透鏡的優(yōu)化方法。

在此投影系統(tǒng)中，畸變不僅僅是對投影圖案的形狀有影響，更重要的是，畸變會造成投射圖案照度的變化。對圖案形狀的影響，可以采用菲林面上圖案的預(yù)畸變實現(xiàn)補償。由于LED光強遵循朗伯分布，準(zhǔn)直系統(tǒng)收集的光線照射至菲林片時，邊緣的照度將相對較低。當(dāng)投影物鏡的負(fù)畸變較大時，菲林片上的圖案投射至路面時，視場邊緣的圖案將會相比中心區(qū)域圖案存在拉升增大，進(jìn)一步造成邊緣照度下降。因此，在設(shè)計此透鏡時，畸變要盡可能的控制好。

打開優(yōu)化向?qū)?，在?yōu)化函數(shù)一欄中的成像質(zhì)量選擇點列圖，類型選擇RMS，參考選擇質(zhì)心。使用操作數(shù)DIMX或DISC，DISG等操作數(shù)對畸變進(jìn)行約束。使用操作數(shù)RELI對相對照度進(jìn)行優(yōu)化。為了保證最后的投影圖案的清晰度和亮度，盡量保證相對照度盡可能的高，然后通過擴(kuò)展圖像分析，使畸變控制在較為合理的范圍內(nèi)。注意優(yōu)化的過程中可能需要對像高進(jìn)行約束，防止系統(tǒng)向不合理的方向優(yōu)化，具體可以使用REAY讀取像高位置，再結(jié)合操作數(shù)OPGT和OPLT進(jìn)行限制。可用于對該投影鏡頭進(jìn)行整體優(yōu)化控制的評價函數(shù)編輯器如下圖所示：

在優(yōu)化過程中可以適當(dāng)調(diào)整不同操作數(shù)的權(quán)重，優(yōu)化后相對照度有了較大提升。下圖為優(yōu)化后的三維布局圖。

接下來的圖片是相對照度和圖像模擬結(jié)果的對比。上方的圖片為初始結(jié)構(gòu)，下方的圖片為優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)，可清楚的觀察到，經(jīng)過優(yōu)化后較大地提升了系統(tǒng)相對照度，并且減小了圖像的畸變。

總結(jié)

本文介紹了如何在 OpticStudio 中建模一個投影物鏡，并且詳細(xì)分析了此示例中需要重點優(yōu)化的兩個參數(shù)，相對照度和畸變，然后介紹了如何使用特定的評價函數(shù)操作數(shù)進(jìn)行投影物鏡的優(yōu)化。