| 快速设计一个30倍的变焦镜头:SYNOPSYS 光学设计软件
  1CF7  第38课展示了如何设计8X变焦镜头。现在我们做一个复杂的设计,以30X变焦为目标,来设计一款变焦镜头。 \K4CbZ,.
 设计要求如下: i9#`F.7F
 1.    变焦30倍 2.    半视场角14° 3.    最后一面的半孔径为3mm 4.    使用11个镜片 5.    四组镜片,其中两组是用来变焦 6.    像高5mm 7.    后焦距20mm 8. 总长600mm 9.物距从无穷远到5m范围内对焦清晰 oHP>v_X
 ZSEARCH输入如下:
  7|{%CckN
  >5z`SZfLOG    ! to keep track of things later ON 98 l(0&6ENyj
 TIME    ! to see how long this run took CORE 14 <.y^
 ZSEARCH 3 QUIET    ! save results in library location 3 I&Eg-96@
 2vW,.]95M
 SYSTEM BIb{<tG^N
 ID ZSEARCH TEST ;6\Ski0=l
 OBB 0 14 3    ! infinite object, 14 degrees semi field, 2.85 mm semi tZJ
9}\r
 ! aperture.    This defines the wide-field object ~'PS|
 UNI MM WAVL CDF END  @BB,i	/
 &CPe$'FYI
 GOALS ZOOMS 7 %(O^as
 GROUPS 2 3 4 2    ! lens has four groups with 11 elements altogether \8C*O{w
 ZGROUP 0 Z Z 0    ! and groups 2 and 3 will zoom o/i5e=9[y
 ZFOCUS 5000 4 90 5    ! also correct range focus at 5 meters ^q4:zZZ
 FINAL    ! declare the desired object at the last zoom position, 	JydQA_
 ! which is the narrow field zoom I5|S8d<
 OBB 0 0.4666 90 %_i0go,^
 ZQ-z2s9U
 ZSPACE NONLIN 1.7 ! other zoom objects will be nonlinearly spaced between the +Fy-~Mq
 ! first and last ZRVF{D??"%
 APS 19    ! put the stop on the first side of the last group DELAY OFF W4] 0qp`\
 GIHT 5 5 10 ! the image height is 5 mm for all zooms, with a weight of 10. BACK 20 .1    ! the back focus is 20 mm and will vary.    A target will be Y
GcY2p<
 ! added to the merit function with a low weight. @Tj	
6!v
 COLOR M    ! correct all defined colors H'0J1\	h
 ANNEAL 50 10 Q    ! anneal the lens as it is optimized in both modes QUICK 40 40    ! 40 passes in quick mode, 40 in real-ray mode 01SFOPuR%(
 ASTART 22 #L1yL<'
 5qODS_Eq
 TSTART 12 END |'l* $
 P[|BWNei
 SPECIAL PANT CUL 1.75 ?M1	QJ
 FUL 1.75 END t g	m{gR
 7UEy L
}N
 SPECIAL AANT iM-hWhU
 ACA 55 1 1    ! monitor rays to keep away from the critical angle. AEC 2 1 1 >f9]Nj
 ACM 4 1 1 G){1`gAhNJ
 ACC 35 1 1 \)6?u_(u
 5xn0U5U
 LUL 600 .1 10 A TOTL END })=c:h&
 GO    ! start ZSEARCH Q:xI}
]FM
 TIME    ! see how long the run took.
 ^!s}2GcS`
 运行这个宏一段时间后,我们得到了一个有潜力的初始结构。 4VL!U?dk
 我们只纠正了7个变焦位置,在完成设计之前,可能还需要更多的变焦位置,但是前期选择少量的变焦位置做参考,会使ZSEARCH运行得更快。 a1Y _0
 打开工作表并将APS命令更改为APS -19。这将产生一个真实的光瞳。 <3]/ms
 运行ZSEARCH产生的宏。 <pa];k(IQL
 现在让我们增加变焦组的数量。输入以下命令:
  )F9%^a(  V1+o3g{}CAM 15 SET
 f~(^|~ZT
 运行变焦滑块,会显示在变焦范围内设计得到了很好的纠正,但是在中间的位置会出现离焦。我们预设置为7个变焦位置。让我们看看变焦组是如何分布的。输入以下命令:
  I$P7%}  mm9S#YaCAM 100
 (^OC%pc
 在这张图的左端数据变化最快,所以在这一区域,需要分配更多的变焦位置,来控制像差和焦点。输入以下命令:
  4dD@lG~  q~A|RCAM 100 APERT
 @0x.n\M_
 现在这个图与前面的图片比例不再相同。我们可以看到左边的变焦位置比右边的变焦位置靠得更近。命令如下
  	I]S(tx!  0BU:(o&ZSPACE NONLIN 1.7
 qi5>GX^t]b
 在ZSEARCH文件中,更大的非线性值会将它们分布的更广泛一些;而小于1.0的值会将它们聚集在图片的左边区域,这是我们不希望看到的情况。 M`g Kt(3
 现在镜头已经定义了15个变焦组,同样聚集在凸轮曲线的左边,因为镜头还没有被校正。变焦运动是从原来的凸轮曲线插值而来的,只有7个变焦组是准确的。 Jv$2wH
 我们需要修改ZSEARCH的宏,原始的ZSEARCH宏如下:
  uC$4TnoQx.  X%qR6mMfT7ZOOM        1 (fjXp75
 M    0.500000E+01        0.100000E+02    A    GIHT =P+wp{?AN|
 GSR    0.000000        5.000000        4    M    0.000000 dIh(~KqB
 GNR    0.000000        3.000000        4    M    0.750000 5<'Jd3N{&
 GNR    0.000000        1.000000        4    M    1.000000 -wHGi
 LUL 600 .1 10 A TOTL q|Tk+JH{5
 ZOOM    2 ,2L,>?r6
 M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT 9~	.BH;ku
 GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 ieg PEb
 GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 }jy7,+
 GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 }lbx
 LUL 600 .1 10 A TOTL *g_>eNpXD
 ZOOM    3 !P3tTL!*L
 M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT 	IaZAP
 GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 jI pcMN<
 GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 ^rZ+H@p:6
 GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 HrcnyQ`Q0
 LUL 600 .1 10 A TOTL sg~/RSJ3
 ZOOM    4 L?5t<`#lw
 M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT P6Ol+SI#m
 GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 HH7gT
 GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 e@MCumc~+
 GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 f#JF5>o
 LUL 600 .1 10 A TOTL S6Xw+W02
 ZOOM    5 2FtEt+A+'
 M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT NxRiEe#m
 GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 '3,JL!
 GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 }T(q "Vf~
 GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 ).6/ii9gt
 LUL 600 .1 10 A TOTL Y+PxV*"a
 ZOOM    6 s`#j8>`M
 M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT WxI]Fcb<
 GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 _J#Hq 'K
 GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 X>YOo~yS5
 GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 I(eR3d:
 LUL 600 .1 10 A TOTL Xrs~ove1V
 ZOOM    7 _25]>D$
 M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT Hqy>!1!
 GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 T</gWW
 GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 l`G:@}P>G
 GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 	gM:oP.
 LUL 600 .1 10 A TOTL
 %Y[/Ucdm
 为了简化操作,我们将删除除第一个变焦组之外的所有内容,并将其更改为zoom group的设置。这将在所有变焦组中进行如下操作,在三个视场中创建光线像差操作。
  DWO:  2]KPW*VZGROUP ALL eHZl-|-
 M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT .jU0Hu{F4
 GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 ",oUVl
 GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 Ji:@z%osr
 GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 Z%d4V<fn
 LUL 600 .1 10 A TOTL (3S/"ZE
 END
 3W00,f^9
 该程序还向AANT文件中添加了ZFOCUS命令,然后是另一组变焦设置,我们再次用单个ZGROUP ALL命令替换它们。该部分更改物距参数,将第一组移动90毫米,并在所有已定义的变焦组中再次纠正像质。请注意,END命令将会关闭ZGROUP文件,另一个END命令将会关闭文件AANT部分。
  JVYYwA^.  ~d8o,.n`1ZFOCUS    0.500000E+04    4    0.900000E+02    0.500000E+01 9Ei#t FMc
 ZGROUP    ALL 
MO+0]uh:
 GSR    0.000000    5.000000    4    M    0.000000 .=<pU k	3G
 GNR    0.000000    3.000000    4    M    0.750000 S5p\J!k\B
 GNR    0.000000    1.000000    4    M    1.000000 	D-EM
 END /R?uxhV
 END
 m$j;FKz+|
 在我们运行这个宏之前,调整物距位置是个好主意。我们将数字从7增加到15,但是这个选项只是插入了之前的数据,这些数据很接近,但并不准确。输入命令
  M&	L0n%,y5  tG&B D\CAM ZMAG 0.0333333 NONLIN 1.7
 -B!	TA0=oJ
 现在运行这个优化宏。镜头是合理的,但需要进一步改进。  dXN&<Q,
 让我们尝试添加镜片来检验是否对像质有帮助。在PANT文件之前,添加如下命令行
  ;0{*V5A  oMf h|BAEI 4 1 123 0 0 0 20 2
 2(x KE_|
 运行宏。程序建议在第4个镜片组中添加了一个镜片,像质得到很大的提高。 Y)5}bmL
 我们想进一步改进像质。我们发现第一个镜片中心较厚,但它的边缘很薄。现在的厚度是多少?
  V,,iKr@TG  61 |xv_/SYNOPSYS AI>1 TH? H*<dte<
 .;Yei6H
 The thickness or spacing of surface number    1    is    35.36316744
 :36^^Wm
 我们的评价函数里有一个监视器,可以防止中心厚度变得太大,我们已经指定了一个35毫米的默认控制。但这个透镜是一个体积相当大,显然我们需要增加允许的厚度。将ACC监视器更改为
  k82LCV+6  bm|8Jbsb&ACC 50 1 1
 ~|]\.^B
 注释掉AEI命令行,再一次优化,模拟退火(22,2,50)。评价函数下降了。但是镜片2的厚度太薄,所以在MF中添加一个新的命令:
  uQ)]g  LZ$!=vg4ADT 7 .1 1
 %8}w!2D 	S
 取消AEI命令行的注释,并重新优化。这将控制每个镜片的直径/厚度比,并添加一个镜片。现在系统看起来很好。 lsf?R'1
 把这个设计分配给下一个ACON,我们要用它来查看物距5米处的像质。点击按钮
  ;然后输入如下命令:  *Ux"3IXO  [X\2U4ZFOCUS 5000 4 90 5
 l^Z~^.{y
 您已经设置物距为5米,并将第4个面的厚度调整为90毫米,调整物体高度,使高斯像高保持在5毫米。我们想看看它是如何工作的。运行变焦滑块,在缩放范围内查看此ACON的性能。它和无穷远处的性能很相似。在物距范围内聚焦不会有任何问题。最大的像差出现在zoom 15中,这是一种长焦设置,对于这种镜头来说是正常的 6YbSzx`?k
 现在点击PAD Scan按钮
  ,检查每个field point的像差是否得到控制。在变焦范围的两端都这样做,你会发现每个地方都得到了很好的控制。如果某个中间视场点出现较大的像差,我们将在出现问题的视场点向AANT文件添加另一个GNR命令,但在目前的结果下没有必要这样做。 &KwtvUN{ 变焦滑块显示了镜头在整个变焦范围内的焦点-但我们也需要进行调整 打开工作表并单击ZFILE按钮
  以显示当前变焦参数。滚动到编辑窗格的顶部并添加两个命令,如下面的红色字体所示:  3"RZiOyv  v-@@>?W-… jR:Fih-}
 OBB  0.000000    14.00000    3.00000    -60.69895    0.00000    0.00000    3.000 e70*y'1fu
 ZFILE  2 xJlq2cK
 CAM RANK  9 \|s/_35(
 CAM EXPONENT  0.800000 bBL"F!.
 5 10 1Tkz!
 11 18 DFOCUS RSOLVES CUBIC  6jA Q
 …
 CdjGYS
 现在该程序将对凸轮曲线使用分段三次拟合(而不是目前默认使用的幂级数多项式),并将调整第二组的变焦位置,以保持在所有变焦时近轴离焦的平稳过渡。再次运行变焦滑块,焦点处在正确的位置上! ' JVvL
 打开MRG菜单(Menu, Real Glass),选择Guangming材料库,点击OK。像质得到了改善。 /GNYv*
 在本课中,我们需要多次调整参数运行,直到得到满意的结果为止。例如,上面显示的ZSEARCH输入包含CUL和FUL命令,以限制玻璃模型变量允许的最高折射率。在这种情况下,我们限制它们为1.75。但也有其他玻璃品种的折射率高达1.9。为什么不用这些材料呢? ~KvCb3~X
 这些玻璃材料,尤其是燧石材料的玻璃,比折射率较低的玻璃更容易吸收蓝光。如果这款镜头是用于空中侦察任务,经常会添加一个黄色滤镜来透过雾霾,那么高折射率的材料将是首选,因为这样可以更好的校正像差,而蓝光则不重要。输入以下命令:
  %UhF=C  tc Z~TXCOLOR
 ~{{:-XkVB
 看看什么颜色的光线能通过镜头,你可以查看下面左边的图片。让折射率上升到1.9,重复整个过程,我们得到了更好的分辨率镜头,但是蓝色波长的光的传输更差,如右图所示。 $tJJ
>"
 我们现在有一个很好的变焦镜头。但我们能做得更好吗? ^%.<(:k[L
 我们可能需要更好的分辨率镜头,这就需要在插入真正的玻璃材料之前,再次运行AEI命令。也许我们更喜欢短一点的镜头。这要求再次运行ZSEARCH,在TOTL上使用不同的设置。如果我们在快速模式下运行更多的循环会发生什么?很可能我们会得到一组不同的10个镜头。如果关闭98开关,我们再次运行相同的设置,结果可能会有所不同。 igCtq!.a
 从一个简单的方法开始,了解什么可行,什么不可行,根据需要增加复杂性,SYNOPSYS为此目的提供了许多强大工具。 W@Wh@eSb;
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