| SYNOPSYS 光学设计软件课程四十七:一个30倍的变焦镜头
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 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。 dp%pbn6w
 M}KM]<
 设计要求如下: c<t3y7
 1. 变焦30倍 zi	DlJ3]^
 2. 半视场角14° M&BM,~
 3. 最后一面的半孔径为3mm O+UV\
 4. 使用11个镜片 E?c{02fu
 5. 四组镜片,其中两组是用来变焦 h1UlLy8
 6. 像高5mm c#4L*$ViF
 7. 后焦距20mm +e3WwUx
 8. 总长600mm P.H/H04+
 9. 物距从无穷远到5m 范围内对焦清晰 ~IJZM`gN
 ZSEARCH 输入如下: >cr_^(UW&
 
 Tvw2py	qLOG                ! 以便日后追迹 &4Iqm(  ON 98  1p"EE~v
 TIME               ! 来看看这次运行花了多长时间 2ZzD^:V[}
 CORE 14  Cx3m\ 
\c
 ZSEARCH 3 QUIET    ! 将结果保存在镜头库位置3 -aeo7C
 SYSTEM  '|A5a+[
 ID ZSEARCH TEST  y:6'&`L
 OBB 0 14 3         ! 无限远物距,14度半视场,2.85毫米半孔径 
qzbkxQu]g
 A%czhF
 UNI MM  .0*CT:1=0
 WAVL CDF  Hpo?|;3D5
 END   pQ-^T.'
 GOALS  zt>_)&b
 ZOOMS 7  w)y9!li
 GROUPS 2 3 4 2     ! 镜头有四组,共11个元件 #*	/W!UOu
 ZGROUP 0 Z Z 0     ! 而第2组和第3组将可移动 8iH;GFNJ7'
 ZFOCUS 5000 4 90 5 ! 在5米范围内也能正确对焦 [#*?uu+
jK
 FINAL              ! 在最后的变焦位置声明所需的物方参数  $?J LCa
 <W[8k-yOV`
 OBB 0 0.4666 90  6Cv2>'{S
 ZT6X4	Z
 ZSPACE NONLIN 1.7  !其他变焦参数将被非线性地间隔在第一和最后一个 )s7 Tv#[
 APS 19             ! 把光阑放在最后一组的第一面 Kac j
 DELAY OFF  IWR q:Gw
 GIHT 5 5 10        ! 所有变焦的图像高度为5毫米,权重为10 eYX_V6c
 BACK 20 .1         ! 后焦是20毫米,会有变化。一个目标将被添上低权重的优化函数 <{xAvN(:
 COLOR M            !  校正所有定义的波长 D>#v	6XI
 ANNEAL 50 10 Q     ! 退火,因为它在两种模式下都得到了优化 /$.vHt5nt
 QUICK 40 40        ! 快速模式下40次,真实模式下40次 huD\dmQ:]
 ASTART 22  HF=C8ZtlL
 TSTART 12  a4qpnr]0
 END  0N[DV]
 SPECIAL PANT  xS-nO_t	'E
 CUL 1.75  }br<2?y,
 FUL 1.75  &*:)5F5
 END  	x^#{2}4u
 qsRfG~Cg
 SPECIAL AANT  C`T5d
 ACA 55 1 1         ! 监视器的光线要远离临界角. DW%K'+@M
 AEC 2 1 1  gsq[	9
 ACM 4 1 1  }/}`onRZ
 ACC 35 1 1  KA{DN!
 LUL 600 .1 10 A TOTL  .VEfd4+ni{
 END  IV#My9}e
 GO                 ! 开始 ZSEARCH >W]"a3E
 TIME               ! 查看运行时间有多长.
adr^6n6v
 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。
 [attachment=122604] ieLN;)Iy^  1Y"qQp
 我们只校正了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。 G]DN!7]@g
 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。
 [attachment=122603] >s?;2T2"yx  jqsktJw#i
 运行 ZSEARCH 产生的宏。 $>s@T(
 现在让我们增加变焦组的数量。输入以下命令:CAM 15 SET
 [attachment=122609] bme#G{[)Y  eKti+n.
 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:CAM 100
 [attachment=122605] `ip69 IF2*  M~Dc5\T
 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。 ? /X6x1PN
 输入以下命令:CAM 100 APERT
 [attachment=122607] VRP.tD  }`FC__
 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 ]Tw6Fg1o>
 ZSPACE NONLIN 1.7 [a*>@IR
 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。 Z5a@fWU
 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。 A-!qO|E[-
 我们需要修改 ZSEARCH 的宏,原始的 ZSEARCH 宏如下:
 [attachment=122608] n
ZZQxV,   :+^llz
 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指令。
  z:jF)N  
 [attachment=122606] yf^gU*   0(f;am0y
 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。
 [attachment=122615] He;%6OG{  $
rnr;V
 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。在命令窗口输入 CAM ZMAG 0.0333333 NONLIN 1.7 E1w XG
 现在运行这个优化宏。镜头是合理的,但需要进一步改进。点击运行,再退火(33,2,50)
 [attachment=122613] \gv
x)S11  J|8YB3K,
 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 {#Cm> @')
 AEI 4 1 123 0 0 0 20 2 !)3Su=*R
 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。
 [attachment=122610] :%]R	x&08  7+r5?h|
 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?
 [attachment=122611] /  hdl  
  :2gO)
'cD  -7VV5W
 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 ACC 50 1 1  ?|YQtY
 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,所以在优化宏中添加一个新的命令: ADT 7 .1 1 b>._	r&.
 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。
 [attachment=122611] leJd){  
 [attachment=122616] F>R)~;Ja  
 [attachment=122614] E?o8'r  w.-i	!Ls
 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:ZFOCUS 5000 4 90 5 r(CL=[
 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 #T`+~tW'|
 现在点击 PAD Scan 按钮,检查每个视场点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。 $oj<yH<i
 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:
 [attachment=122617] tV4aUve  
  5R
G5uH/-<  u#|Jl|aT
 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! XKIJ6M~5k
 打开 MRG 菜单(Menu, 真实玻璃),选择光明材料库,点击 OK。像质得到了改善。
 [attachment=122618] <L#r6y~H  
 [attachment=122620] _I5+o\;1  
 [attachment=122619] o-Arfc3Q  
 [attachment=122621] x"De
9SB  .1lc'gu5y
 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? )Q?[_<1Y+
 这些玻璃材料,尤其是火石材料的玻璃,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: UbH=W(%
 XCOLOR UeQ%(f
 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透过率更差,如下图所示。
 [attachment=122622] a8c]B/  B6&Mtm1
 如果出现这种情况的黄色滤镜,则说明蓝光透过率低。 W)O'( D
 我们现在有一个很好的变焦镜头。但我们能做得更好吗? <N&
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