首页 -> 登录 -> 注册 -> 回复主题 -> 发表主题
光行天下 -> SYNOPSYS,CAXCAD -> 快速设计一个30倍的变焦镜头：SYNOPSYS 光学设计软件 [点此返回论坛查看本帖完整版本] [打印本页]

optics1210 2019-01-24 14:57

快速设计一个30倍的变焦镜头：SYNOPSYS 光学设计软件

h~&gIub  
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。 HX'FYt/?t  
设计要求如下： 0&qr  
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 [U}+sTQ  
ZSEARCH输入如下:

bfB\h*XO  
      LOG    ! to keep track of things later ON 98 /,!qFt  
      TIME    ! to see how long this run took CORE 14 ,fK3ZC  
      ZSEARCH 3 QUIET    ! save results in library location 3 s]mo$ _na  
F:*W5xX  
      SYSTEM ZX ?yL>4  
      ID ZSEARCH TEST @L.82p{h  
      OBB 0 14 3    ! infinite object, 14 degrees semi field, 2.85 mm semi L;gO;vO  
      ! aperture.    This defines the wide-field object {o5V7*P;_  
      UNI MM WAVL CDF END ]\/tVn.'  
k(zsm"<q  
      GOALS ZOOMS 7 (P&4d~) m  
      GROUPS 2 3 4 2    ! lens has four groups with 11 elements altogether 0|R# Tb;Y  
      ZGROUP 0 Z Z 0    ! and groups 2 and 3 will zoom 5H=ko8fZ=  
      ZFOCUS 5000 4 90 5    ! also correct range focus at 5 meters u6`=x$&  
      FINAL    ! declare the desired object at the last zoom position, DI!V^M[~u  
      ! which is the narrow field zoom MCU_Z[N#10  
      OBB 0 0.4666 90 SyAvKd`g  
'V8N  
      ZSPACE NONLIN 1.7 ! other zoom objects will be nonlinearly spaced between the jiF?fX@  
      ! first and last -(O-%  
      APS 19    ! put the stop on the first side of the last group DELAY OFF {Fzs@,|W.  
      GIHT 5 5 10 ! the image height is 5 mm for all zooms, with a weight of 10. BACK 20 .1    ! the back focus is 20 mm and will vary.    A target will be `ptj?6N-  
      ! added to the merit function with a low weight. V([~r,  
      COLOR M    ! correct all defined colors Vi4~`;|&b+  
      ANNEAL 50 10 Q    ! anneal the lens as it is optimized in both modes QUICK 40 40    ! 40 passes in quick mode, 40 in real-ray mode ?"z]A7<Hj  
      ASTART 22 =6aS&B(SN  
P"<U6zM\sP  
      TSTART 12 END "V&+7"Q  
qlA7tU2p&  
      SPECIAL PANT CUL 1.75 0afei4i~N  
      FUL 1.75 END /y^7p9Z`  
]7;\E\o  
      SPECIAL AANT w.& 1%X(k  
      ACA 55 1 1    ! monitor rays to keep away from the critical angle. AEC 2 1 1 )xb|3&+W  
      ACM 4 1 1 6U^\{<h_c  
      ACC 35 1 1 ^ wY[3"{  
[:^-m8QC  
      LUL 600 .1 10 A TOTL END b)9'bJRvU  
      GO    ! start ZSEARCH R\XKMF3mN3  
      TIME    ! see how long the run took.
.S(,o.  
U^qt6$bK  
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。
CRbdAqofV  
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。 K \vSB~{ [  
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。 'R&uD~Q  
运行ZSEARCH产生的宏。 5e sQ;  
现在让我们增加变焦组的数量。输入以下命令：
Xn~I=Ml d  
      CAM 15 SET
lo'W1p  
N{-]F|XX  
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：
z&V+#Ws/  
      CAM 100
"*,XL uv>  
-{`@=U  
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：
Fu^ ^i&  
      CAM 100 APERT
J[^}u_z  
I |# 5NE6  
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
",{ibh)g$`  
      ZSPACE NONLIN 1.7
l3nrEk  
"bDs2E+W  
在ZSEARCH文件中，更大的非线性值会将它们分布的更广泛一些；而小于1.0的值会将它们聚集在图片的左边区域，这是我们不希望看到的情况。 uUKcB:  
现在镜头已经定义了15个变焦组，同样聚集在凸轮曲线的左边，因为镜头还没有被校正。变焦运动是从原来的凸轮曲线插值而来的，只有7个变焦组是准确的。 lC=~$c:  
我们需要修改ZSEARCH的宏，原始的ZSEARCH宏如下：
%%cHoprDa  
    ZOOM        1 -48vJR*tC  
    M    0.500000E+01        0.100000E+02    A    GIHT g#]wLm#  
    GSR    0.000000        5.000000        4    M    0.000000 nI0[;'Hn,  
    GNR    0.000000        3.000000        4    M    0.750000 p">EHWc}D  
    GNR    0.000000        1.000000        4    M    1.000000 7OjR._@  
    LUL 600 .1 10 A TOTL .'a&3 3J  
    ZOOM    2 o!Rd ^  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT \P1=5rP  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 8BvonY t=8  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 '_b.\_s-d  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 85;b9k&\M  
    LUL 600 .1 10 A TOTL JJRK7\~$  
    ZOOM    3 N?X~w <  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT kp\\"+,VC  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 ~SSU`  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 #Wu*3&a]yU  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 M@W[Bz  
    LUL 600 .1 10 A TOTL jSc#+_y  
    ZOOM    4 vf4{$Oag  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT mw5?[@G-  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 ^*\XgX  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 ' H7x L  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 ;l}- Z@! /  
    LUL 600 .1 10 A TOTL _4cvX  
    ZOOM    5  JMdPwI  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT Ma| qHg  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 4~U'TE @  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 e6_ZjrQf  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 fg#x7v4O  
    LUL 600 .1 10 A TOTL ,sGZ2=M}J  
    ZOOM    6 /s];{m|>  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT :R.&`4=X  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 81*M= ?  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 dJ?XPo"Cm=  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 N$[$;Fm:  
    LUL 600 .1 10 A TOTL M# 18H<]  
    ZOOM    7 ]; %0qb  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT E\m5%bK\B  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 X0*QV- RN  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 wM_c48|d  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 h $N0 D !  
    LUL 600 .1 10 A TOTL
_ pO`  
7hy&-<  
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。
.d/: 30Y  
      ZGROUP ALL b|z g<  
      M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT )etmE  
      GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 JY!l!xH(6  
      GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 U:F/ iXz  
      GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 %zU`XVNN+  
      LUL 600 .1 10 A TOTL G|8%qd  
      END
XYoIFv?'  
_tr<}PnZ  
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。
A8A ~!2V  
    ZFOCUS    0.500000E+04    4    0.900000E+02    0.500000E+01 3sCFHn#c  
    ZGROUP    ALL n}xhW'3hU=  
    GSR    0.000000    5.000000    4    M    0.000000 Yl;^ k0ZI  
    GNR    0.000000    3.000000    4    M    0.750000 r}yG0c,  
    GNR    0.000000    1.000000    4    M    1.000000 G;3~2^lB\  
    END 9z?oB&5  
    END
Jx#k,Z4  
y$81Z q  
在我们运行这个宏之前，调整物距位置是个好主意。我们将数字从7增加到15，但是这个选项只是插入了之前的数据，这些数据很接近，但并不准确。输入命令
[Pe#kzLX  
      CAM ZMAG 0.0333333 NONLIN 1.7
``ekR6[8c  
kX:tc   
现在运行这个优化宏。镜头是合理的，但需要进一步改进。
4lKVY<  
让我们尝试添加镜片来检验是否对像质有帮助。在PANT文件之前，添加如下命令行
.k4W_9  
AEI 4 1 123 0 0 0 20 2
}6 5s'JB  
:Sg_t Of  
运行宏。程序建议在第4个镜片组中添加了一个镜片，像质得到很大的提高。
p1c3Q$>i  
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?
>s3gqSDR  
      SYNOPSYS AI>1 TH? )Z+{|^`kJ  
~](fFa{  
      The thickness or spacing of surface number    1    is    35.36316744
-)!> M>=s  
gqib:q ;r  
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
g/=K.  
      ACC 50 1 1
G= ^X1+_  
)x#5Il H  
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:
HmK*bZ  
      ADT 7 .1 1
*sQcg8{^  
0i[zup  
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。
;jK#[*y  
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：
U-wLt(Y<  
      ZFOCUS 5000 4 90 5
mmw^{MK!  
1G~S |,8p  
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 52zGJ I*  
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。 weMww,:^[  
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:
Vv$HR  
      … 3>z[PPw  
      OBB  0.000000    14.00000    3.00000    -60.69895    0.00000    0.00000    3.000 ihT~xt  
      ZFILE  2 nA>sHy  
      CAM RANK  9 \F,DA"K_  
      CAM EXPONENT  0.800000 !\[+99F#  
      5 10 *0Gz)'  
      11 18 DFOCUS RSOLVES CUBIC } wSi~^*  
      …
+w| 9x.&W  
&Y@#g9G  
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! U3vEdw<lV  
打开MRG菜单(Menu, Real Glass)，选择Guangming材料库，点击OK。像质得到了改善。
q&'Lbxc>c  
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? M ixwK,  
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：
f<y& \'3  
     XCOLOR
P4 ul[zZ  
DJh&#b  
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。
| P6EO22p  
我们现在有一个很好的变焦镜头。但我们能做得更好吗? r0m)j  
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。 ( g :p5Rl  
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。 Ccfwax+  
2^exL h  
)He#K+[}^4  
asdoptics 2019-03-03 21:50
优秀文章，支持！
是波妞啊 2019-03-20 15:25
感谢楼主分享 (U.**9b;  
可以自己试一试啦 P#GD?FUc  
7x.%hRk  
optics1210 2019-03-21 11:12
是波妞啊:感谢楼主分享 i| xt f  
可以自己试一试啦 lwsbm D  
 (2019-03-20 15:25)  ]C)|+`XE@  
uu3M{*}  
有什么问题可以随时联系我们
jessen 2019-04-26 19:09
不需要初始结构，可以试试。
查看本帖完整版本: [-- 快速设计一个30倍的变焦镜头：SYNOPSYS 光学设计软件 --] [-- top --]

Copyright © 2005-2026 光行天下 蜀ICP备06003254号-1 网站统计