首页 -> 登录 -> 注册 -> 回复主题 -> 发表主题
光行天下 -> SYNOPSYS -> 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

5_L43-  
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。 0ENqK2  
设计要求如下: ;Y &2G'  
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 1Imb"E  
ZSEARCH输入如下:

KEr?&e  
      LOG    ! to keep track of things later ON 98 l %xeM !}  
      TIME    ! to see how long this run took CORE 14 Xb*>7U/'T  
      ZSEARCH 3 QUIET    ! save results in library location 3 Q[Tbdc%1EG  
*-_joAWTG  
      SYSTEM kZ 9n@($B  
      ID ZSEARCH TEST jRdW=/q+(  
      OBB 0 14 3    ! infinite object, 14 degrees semi field, 2.85 mm semi j)O8&[y=  
      ! aperture.    This defines the wide-field object %{P." ki  
      UNI MM WAVL CDF END `VOLw*Ci  
~/R}K g(  
      GOALS ZOOMS 7 gem+$TFq  
      GROUPS 2 3 4 2    ! lens has four groups with 11 elements altogether -(.\> F  
      ZGROUP 0 Z Z 0    ! and groups 2 and 3 will zoom 'nqVcNgb  
      ZFOCUS 5000 4 90 5    ! also correct range focus at 5 meters n~&e>_;(.  
      FINAL    ! declare the desired object at the last zoom position, &[}5yos r  
      ! which is the narrow field zoom ngaQa-8w  
      OBB 0 0.4666 90 o Bp.|8-  
T b]'  b  
      ZSPACE NONLIN 1.7 ! other zoom objects will be nonlinearly spaced between the S4X['0rX!  
      ! first and last L2y{\<JC"  
      APS 19    ! put the stop on the first side of the last group DELAY OFF 9\NP)Vm$^  
      GIHT 5 5 10 ! the image height is 5 mm for all zooms, with a weight of 10. BACK 20 .1    ! the back focus is 20 mm and will vary.    A target will be A}n5dg0u  
      ! added to the merit function with a low weight. <Xj ,>2m;  
      COLOR M    ! correct all defined colors y/A<eHLy  
      ANNEAL 50 10 Q    ! anneal the lens as it is optimized in both modes QUICK 40 40    ! 40 passes in quick mode, 40 in real-ray mode QmB,~x{j>  
      ASTART 22 ?B,B<@='%  
GEf[k OQ  
      TSTART 12 END I*i$!$Bx2  
5'O.l$)y  
      SPECIAL PANT CUL 1.75 jLf87  
      FUL 1.75 END 8 uhB&qxB  
zzBqb\Ky  
      SPECIAL AANT -wV0Nv(V8  
      ACA 55 1 1    ! monitor rays to keep away from the critical angle. AEC 2 1 1 z15QFVm  
      ACM 4 1 1 Y~bGgd]T  
      ACC 35 1 1 I*)eP||  
`<l|XPv  
      LUL 600 .1 10 A TOTL END z'}?mE3i  
      GO    ! start ZSEARCH ./;*L D  
      TIME    ! see how long the run took.
y0XI?Wr  
#8jH_bi  
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。
_`Sz}Yk  
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。 N[,/VCW  
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。  7QkAr  
运行ZSEARCH产生的宏。 y7s.6i}7  
现在让我们增加变焦组的数量。输入以下命令:
cM'5m  
      CAM 15 SET
}tT*Ch?u  
P1l@K2r  
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:
ETVT.R8   
      CAM 100
Mky8qVQ2  
Uyyw'Ni  
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:
W(tXq  
      CAM 100 APERT
|]H2a;vUJR  
=<[ZFO~v  
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
Q-N.23\1  
      ZSPACE NONLIN 1.7
Cx/duod p  
57b;{kl  
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。 t`mLZ <X  
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。 $bKa"T*  
我们需要修改ZSEARCH的宏,原始的ZSEARCH宏如下:
|"Oazll  
    ZOOM        1 2={ g'k(  
    M    0.500000E+01        0.100000E+02    A    GIHT M O/-?@w  
    GSR    0.000000        5.000000        4    M    0.000000 DEC,oX!bI1  
    GNR    0.000000        3.000000        4    M    0.750000 I1H:h  
    GNR    0.000000        1.000000        4    M    1.000000 <!|2Ru  
    LUL 600 .1 10 A TOTL :+,qvu!M7  
    ZOOM    2 ~1h-LbFI2  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT XfT6,h7vFL  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 0,;FiOp  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 6%_d m'  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 kB]|4CG{  
    LUL 600 .1 10 A TOTL c~|/,FZU'  
    ZOOM    3 o&~z8/?LA  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT &,&oTd.  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 \ca4X{x  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 i,,>@R  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 Dx[t?-  
    LUL 600 .1 10 A TOTL es(vWf'  
    ZOOM    4 j{P,(-  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT %/MK$  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 o#wF/ I  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 sEvJ!$Tt?I  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 <STjB,_s  
    LUL 600 .1 10 A TOTL xI~\15PhG  
    ZOOM    5 r/O(EW#=8  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT Qg _?..%  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 D_9/|:N:  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 C>;yW7*g"  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 j`'=K_+nU  
    LUL 600 .1 10 A TOTL W#y)ukRv  
    ZOOM    6 D0k7)\puQ  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT M3F8@|2  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 z4J-qK~2  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 f3l >26  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 Wu Gm~<NS  
    LUL 600 .1 10 A TOTL `?6m0|\@  
    ZOOM    7 O.K8$  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT cdIy[ 1  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 FJL9x,%6  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 I@L-%#@R1  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 U0N[~yW(t1  
    LUL 600 .1 10 A TOTL
%r!#  
a* IJ)'S  
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。
Z21XlbK   
      ZGROUP ALL [bOy, ^@4  
      M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT {U(h]'  
      GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 $oua]8!  
      GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 0`ib_&yI  
      GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 7_Q86o  
      LUL 600 .1 10 A TOTL @e0 Q+t  
      END
@i)tQd!s  
sy@k3wQ  
该程序还向AANT文件中添加了ZFOCUS命令,然后是另一组变焦设置,我们再次用单个ZGROUP ALL命令替换它们。该部分更改物距参数,将第一组移动90毫米,并在所有已定义的变焦组中再次纠正像质。请注意,END命令将会关闭ZGROUP文件,另一个END命令将会关闭文件AANT部分。
2iG(v._x  
    ZFOCUS    0.500000E+04    4    0.900000E+02    0.500000E+01 \iE'E  
    ZGROUP    ALL [X~X?By>  
    GSR    0.000000    5.000000    4    M    0.000000  +NXj/  
    GNR    0.000000    3.000000    4    M    0.750000 y=j[v},4  
    GNR    0.000000    1.000000    4    M    1.000000 &'](T9kg=  
    END l9L;Tjj  
    END
<zDe;&  
ca-n:1  
在我们运行这个宏之前,调整物距位置是个好主意。我们将数字从7增加到15,但是这个选项只是插入了之前的数据,这些数据很接近,但并不准确。输入命令
 7:p]~eM)  
      CAM ZMAG 0.0333333 NONLIN 1.7
`Ys })Pl  
F'~/  
现在运行这个优化宏。镜头是合理的,但需要进一步改进。
' R@<4Ib|  
让我们尝试添加镜片来检验是否对像质有帮助。在PANT文件之前,添加如下命令行
(7wR*vO^  
AEI 4 1 123 0 0 0 20 2
AeJM[fCMa  
1Ev+':%  
运行宏。程序建议在第4个镜片组中添加了一个镜片,像质得到很大的提高。
0,A?*CO  
我们想进一步改进像质。我们发现第一个镜片中心较厚,但它的边缘很薄。现在的厚度是多少?
6aK--k  
      SYNOPSYS AI>1 TH? nRE}F5k  
0Its;|  
      The thickness or spacing of surface number    1    is    35.36316744
!S-hv1bE  
&sNID4FR  
我们的评价函数里有一个监视器,可以防止中心厚度变得太大,我们已经指定了一个35毫米的默认控制。但这个透镜是一个体积相当大,显然我们需要增加允许的厚度。将ACC监视器更改为
jI V? p  
      ACC 50 1 1
pnG8c<  
-$kJERvy  
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:
=Ffq =<  
      ADT 7 .1 1
0*"j:V  
RQ'c~D)X  
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。
GJuD :  
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:
/uc/x+(_  
      ZFOCUS 5000 4 90 5
&B85;  
C/vLEpP{(/  
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 @/u`7FO$&  
现在点击PAD Scan按钮,检查每个field point的像差是否得到控制。在变焦范围的两端都这样做,你会发现每个地方都得到了很好的控制。如果某个中间视场点出现较大的像差,我们将在出现问题的视场点向AANT文件添加另一个GNR命令,但在目前的结果下没有必要这样做。 7fE V/j  
变焦滑块显示了镜头在整个变焦范围内的焦点-但我们也需要进行调整 打开工作表并单击ZFILE按钮以显示当前变焦参数。滚动到编辑窗格的顶部并添加两个命令,如下面的红色字体所示:
Zll^tF#  
      … >V$#Um?AXj  
      OBB  0.000000    14.00000    3.00000    -60.69895    0.00000    0.00000    3.000  0EB'!  
      ZFILE  2 lG+ltCc$9  
      CAM RANK  9 5q#|sVT7R  
      CAM EXPONENT  0.800000 ? 7EVmF  
      5 10 S- \lN|  
      11 18 DFOCUS RSOLVES CUBIC (KMobIP^  
      …
Om"3Q/&  
V<pqc&f .  
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! 16Y~5JAc  
打开MRG菜单(Menu, Real Glass),选择Guangming材料库,点击OK。像质得到了改善。
C4uR5U  
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? F)5Aq H/p  
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:
614/wI8(  
     XCOLOR
y m{/0&7  
[L(l++.z  
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。
.Topg.7W  
我们现在有一个很好的变焦镜头。但我们能做得更好吗? 4w6K|v<X  
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。 D5b _m|7%  
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。 v`w?QIB]  
M\6`2q  
UhTr<(@  

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 Hu7zmh5FF  
可以自己试一试啦 mO> M=2A  
z=_{jjs  
optics1210 2019-03-21 11:12
是波妞啊:感谢楼主分享 UnWGMo?JEi  
可以自己试一试啦 71"JL",  
 (2019-03-20 15:25)  Ji:iKkI  
8Cs$NUU  
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