快速设计一个30倍的变焦镜头:SYNOPSYS 光学设计软件
q`PA~C]; 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。 +w[ZMk 设计要求如下: B?&0NpVD 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 ^f>c_[fR ZSEARCH输入如下: 1\,k^Je7 LOG ! to keep track of things later ON 98 \dU.#^ryp TIME ! to see how long this run took CORE 14 mlc8q s ZSEARCH 3 QUIET ! save results in library location 3 \},H\kK+^ .aO6Y+Y SYSTEM 9b >+ehj B ID ZSEARCH TEST (z8ZCyq7r[ OBB 0 14 3 ! infinite object, 14 degrees semi field, 2.85 mm semi KWDH
35 ! aperture. This defines the wide-field object mCt/\ UNI MM WAVL CDF END rD21:1s d#+Nef5 GOALS ZOOMS 7 oU,8?(}'~ GROUPS 2 3 4 2 ! lens has four groups with 11 elements altogether 7:F0?l* ZGROUP 0 Z Z 0 ! and groups 2 and 3 will zoom ?@PSD\
ZFOCUS 5000 4 90 5 ! also correct range focus at 5 meters cvy
5|;-u FINAL ! declare the desired object at the last zoom position, :vIJ>6lIR ! which is the narrow field zoom ma-GvWD2 OBB 0 0.4666 90 kjPf%*3 @{RhO|UR ZSPACE NONLIN 1.7 ! other zoom objects will be nonlinearly spaced between the tvf.K+ ! first and last -q9m@!L APS 19 ! put the stop on the first side of the last group DELAY OFF }%}$h2: GIHT 5 5 10 ! the image height is 5 mm for all zooms, with a weight of 10. BACK 20 .1 ! the back focus is 20 mm and will vary. A target will be 5\zR>Tg". ! added to the merit function with a low weight. s%y<FXUj COLOR M ! correct all defined colors evZP*N~G ANNEAL 50 10 Q ! anneal the lens as it is optimized in both modes QUICK 40 40 ! 40 passes in quick mode, 40 in real-ray mode jNx{*2._r ASTART 22 6<@+J 8F<|.V; TSTART 12 END C3^3< 6X9$T11Vc SPECIAL PANT CUL 1.75 Z1
)1s FUL 1.75 END DM v;\E~D /,uxj5_cT SPECIAL AANT *YH!L{y ACA 55 1 1 ! monitor rays to keep away from the critical angle. AEC 2 1 1 z[ ;n2o|s ACM 4 1 1 d, g~.iS~ ACC 35 1 1 &+02Sn3A ,F->*= LUL 600 .1 10 A TOTL END hj"JmF$m GO ! start ZSEARCH @i'D)6sC TIME ! see how long the run took. 0sSBwG ORKJy)*" 运行这个宏一段时间后,我们得到了一个有潜力的初始结构。 Mu:zWLM*M 我们只纠正了7个变焦位置,在完成设计之前,可能还需要更多的变焦位置,但是前期选择少量的变焦位置做参考,会使ZSEARCH运行得更快。 a!6r&<s=E 打开工作表并将APS命令更改为APS -19。这将产生一个真实的光瞳。 m;"[b (u 运行ZSEARCH产生的宏。 B>'J5bZsw 现在让我们增加变焦组的数量。输入以下命令: X&aQR[X CAM 15 SET WwoT~O8R gA_oJW4_ 运行变焦滑块,会显示在变焦范围内设计得到了很好的纠正,但是在中间的位置会出现离焦。我们预设置为7个变焦位置。让我们看看变焦组是如何分布的。输入以下命令: p`&{NR3+ CAM 100 ueU "v'h\ o$->|k 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: XFs7kTY CAM 100 APERT dk1q9Tx BQUYT/$( 现在这个图与前面的图片比例不再相同。我们可以看到左边的变焦位置比右边的变焦位置靠得更近。命令如下 RB*z."
ZSPACE NONLIN 1.7 cahlYv' 2=fLb7 在ZSEARCH文件中,更大的非线性值会将它们分布的更广泛一些;而小于1.0的值会将它们聚集在图片的左边区域,这是我们不希望看到的情况。 aBQ --Sz 现在镜头已经定义了15个变焦组,同样聚集在凸轮曲线的左边,因为镜头还没有被校正。变焦运动是从原来的凸轮曲线插值而来的,只有7个变焦组是准确的。 JcP<@bb>B 我们需要修改ZSEARCH的宏,原始的ZSEARCH宏如下: )40YA\V ZOOM 1 N1g;e?T': M 0.500000E+01 0.100000E+02 A GIHT >op/<?< GSR 0.000000 5.000000 4 M 0.000000 WSeiW GNR 0.000000 3.000000 4 M 0.750000
He4q-\ht GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 hC{2LLu;n LUL 600 .1 10 A TOTL
tculG|/ ZOOM 2 _{^F8 M 0.500000E+01 0.100000E+02 A GIHT y#Nrq9r: GSR 0.000000 5.000000 4 M 0.000000 vm*9xs GNR 0.000000 3.000000 4 M 0.750000 K4Nz I9@ GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 4E!Pxjl 3a LUL 600 .1 10 A TOTL 4
}_}3. ZOOM 3 Yx. t+a- M 0.500000E+01 0.100000E+02 A GIHT R(y`dQy<K GSR 0.000000 5.000000 4 M 0.000000 *2pE39 GNR 0.000000 3.000000 4 M 0.750000 JKp@fQT * GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 # 6?2 2Os LUL 600 .1 10 A TOTL N/0Q`cQ- ZOOM 4 [KO\!u|?YS M 0.500000E+01 0.100000E+02 A GIHT +&X>ul GSR 0.000000 5.000000 4 M 0.000000 NJ}xqg GNR 0.000000 3.000000 4 M 0.750000 T3)m{gv0` GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 ByWad@-6i LUL 600 .1 10 A TOTL Z'^.H3YvL ZOOM 5 c7?|Tipc M 0.500000E+01 0.100000E+02 A GIHT >i1wB!gc8 GSR 0.000000 5.000000 4 M 0.000000 *"/BD=INv} GNR 0.000000 3.000000 4 M 0.750000 |QH )A GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 75Bn p9 LUL 600 .1 10 A TOTL bw#\"uJ ZOOM 6 TxkvHiq2 M 0.500000E+01 0.100000E+02 A GIHT zS?}3#g0u GSR 0.000000 5.000000 4 M 0.000000 jP3 ~O GNR 0.000000 3.000000 4 M 0.750000 0B`rTLwB GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 sh<JB`^$(? LUL 600 .1 10 A TOTL |])Ko08*tE ZOOM 7 aI\>=*HF M 0.500000E+01 0.100000E+02 A GIHT 5=MM^$QG GSR 0.000000 5.000000 4 M 0.000000 Si#XF[/ GNR 0.000000 3.000000 4 M 0.750000 h7]>b'H GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 @yPI$"Ma LUL 600 .1 10 A TOTL &19z|Id Z q}Cl'f 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。 ^dhtc%
W> ZGROUP ALL 9JC8OSjJ M 0.500000E+01 0.100000E+02 A GIHT g'eJN GSR 0.000000 5.000000 4 M 0.000000 6ozBU^n GNR 0.000000 3.000000 4 M 0.750000 UB;~Rf( . GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 `p^xdj} LUL 600 .1 10 A TOTL 9VTE?, END E[_-s MES| iB 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。 !. ={p8X-x ZFOCUS 0.500000E+04 4 0.900000E+02 0.500000E+01 @2$iFZq~ ZGROUP ALL j7&0ckN&G GSR 0.000000 5.000000 4 M 0.000000 b(g?X
(& GNR 0.000000 3.000000 4 M 0.750000 ;%i.@@:IQ GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 p7)b@, END 0.t1p(x; END fNi_C"< Uefw 在我们运行这个宏之前,调整物距位置是个好主意。我们将数字从7增加到15,但是这个选项只是插入了之前的数据,这些数据很接近,但并不准确。输入命令 VrRBwvp-K CAM ZMAG 0.0333333 NONLIN 1.7 k{$Mlt?&- Riz!HtyR 现在运行这个优化宏。镜头是合理的,但需要进一步改进。 /`VtW$9- 让我们尝试添加镜片来检验是否对像质有帮助。在PANT文件之前,添加如下命令行 le`_ AEI 4 1 123 0 0 0 20 2 Ed~2Qr\65 *8QGv6*vQ 运行宏。程序建议在第4个镜片组中添加了一个镜片,像质得到很大的提高。 kIUb`b>B 我们想进一步改进像质。我们发现第一个镜片中心较厚,但它的边缘很薄。现在的厚度是多少? Vt,"5c SYNOPSYS AI>1 TH? %8GY`T:^ 6JL:p{RLi The thickness or spacing of surface number 1 is 35.36316744 5/{gY{ )wYbcH 我们的评价函数里有一个监视器,可以防止中心厚度变得太大,我们已经指定了一个35毫米的默认控制。但这个透镜是一个体积相当大,显然我们需要增加允许的厚度。将ACC监视器更改为 F{aM6I ACC 50 1 1 D3%`vqu& 7_#i,|]58 注释掉AEI命令行,再一次优化,模拟退火(22,2,50)。评价函数下降了。但是镜片2的厚度太薄,所以在MF中添加一个新的命令: q^w3n2 ADT 7 .1 1 *[_>d.i R'r^v 取消AEI命令行的注释,并重新优化。这将控制每个镜片的直径/厚度比,并添加一个镜片。现在系统看起来很好。 |LDo<pE*V4 把这个设计分配给下一个ACON,我们要用它来查看物距5米处的像质。点击按钮;然后输入如下命令: @oL<Ioh ZFOCUS 5000 4 90 5 X[c8P7 bMw)>4 您已经设置物距为5米,并将第4个面的厚度调整为90毫米,调整物体高度,使高斯像高保持在5毫米。我们想看看它是如何工作的。运行变焦滑块,在缩放范围内查看此ACON的性能。它和无穷远处的性能很相似。在物距范围内聚焦不会有任何问题。最大的像差出现在zoom 15中,这是一种长焦设置,对于这种镜头来说是正常的 FPPGf!Eq 现在点击PAD Scan按钮,检查每个field point的像差是否得到控制。在变焦范围的两端都这样做,你会发现每个地方都得到了很好的控制。如果某个中间视场点出现较大的像差,我们将在出现问题的视场点向AANT文件添加另一个GNR命令,但在目前的结果下没有必要这样做。 ! Q5ip'L 变焦滑块显示了镜头在整个变焦范围内的焦点-但我们也需要进行调整 打开工作表并单击ZFILE按钮以显示当前变焦参数。滚动到编辑窗格的顶部并添加两个命令,如下面的红色字体所示: K:eP Il{JE …
MoP0qNk OBB 0.000000 14.00000 3.00000 -60.69895 0.00000 0.00000 3.000 f)+fdc ZFILE 2 &Qdd\h# CAM RANK 9 BqKh&m CAM EXPONENT 0.800000 /TgG^|
5 10 !>+Na~eN 11 18 DFOCUS RSOLVES CUBIC 9m
fYB … B/CP/Pfb ^dR5fAS 现在该程序将对凸轮曲线使用分段三次拟合(而不是目前默认使用的幂级数多项式),并将调整第二组的变焦位置,以保持在所有变焦时近轴离焦的平稳过渡。再次运行变焦滑块,焦点处在正确的位置上! )#dP: 打开MRG菜单(Menu, Real Glass),选择Guangming材料库,点击OK。像质得到了改善。 uNYHEs6%T$ 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? ewtoAru 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: ukSi9| 1-, XCOLOR <vV?VV([ ` 0k 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。 G =+ sW 我们现在有一个很好的变焦镜头。但我们能做得更好吗? oY{r83h{ 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。 YDyi6x, 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。 %!HmtpS {^bs
}($J eID"&SSU
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