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小火龙果 2023-11-15 09:19

SYNOPSYS 光学设计软件课程四十七:一个30倍的变焦镜头

AEx VKy  
课程四十七:一个30倍的变焦镜头 C[jX;//Jiu  
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。 3P>1-=  
T.')XKP)1N  
设计要求如下: Tb;,t=;u  
1. 变焦30倍 (GGosXU-v  
2. 半视场角14° q$b 4S4Z7  
3. 最后一面的半孔径为3mm !%t2Z QJq  
4. 使用11个镜片 9@IL547V  
5. 四组镜片,其中两组是用来变焦 %CnNu  
6. 像高5mm N(yd<M w  
7. 后焦距20mm k' Fu&r  
8. 总长600mm O&y`:#  
9. 物距从无穷远到5m 范围内对焦清晰 IsJx5GO  
ZSEARCH 输入如下: n'q:L(`M  

  1. LOG                ! 以便日后追迹 {_Ll'S  
    ON 98 MwQ4&z#wh  
    TIME               ! 来看看这次运行花了多长时间 5D<ZtsXE  
    CORE 14 x@/:{B   
    ZSEARCH 3 QUIET    ! 将结果保存在镜头库位置3 f52P1V]  
    SYSTEM >!lpI5'Z&  
    ID ZSEARCH TEST XpkOCo02  
    OBB 0 14 3         ! 无限远物距,14度半视场,2.85毫米半孔径 ~b X~_\  
                        f}*:wj  
    UNI MM Ndb7>"W  
    WAVL CDF Ac*J;fI  
    END   M=&,+#z<V  
    GOALS [dz3k@ >0  
    ZOOMS 7 @OFxnF`  
    GROUPS 2 3 4 2     ! 镜头有四组,共11个元件 S-3hLw&?  
    ZGROUP 0 Z Z 0     ! 而第2组和第3组将可移动 D*PEIsV  
    ZFOCUS 5000 4 90 5 ! 在5米范围内也能正确对焦 S3WUccv  
    FINAL              ! 在最后的变焦位置声明所需的物方参数 E,K>V:P*  
                       W[j, QU  
    OBB 0 0.4666 90 b5 NlL`g  
    n{etDO  
    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 wYV>Qd Z  
    APS 19             ! 把光阑放在最后一组的第一面 Q[q`)~|  
    DELAY OFF q~W:W}z  
    GIHT 5 5 10        ! 所有变焦的图像高度为5毫米,权重为10 )u=W?5%=}  
    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 mW{>  
    COLOR M            !  校正所有定义的波长 z5~W >r  
    ANNEAL 50 10 Q     ! 退火,因为它在两种模式下都得到了优化 Suo$wZ7J  
    QUICK 40 40        ! 快速模式下40次,真实模式下40次 /Yg&:@L  
    ASTART 22 >nih:5J,ja  
    TSTART 12 XQfmD;U  
    END v*dw'i  
    SPECIAL PANT wD{c$TJ?{F  
    CUL 1.75 eMFxdtH  
    FUL 1.75 xh9$ZavB*  
    END J>nBTY,_<  
    ,5ZQPICF  
    SPECIAL AANT <Up ?w/9  
    ACA 55 1 1         ! 监视器的光线要远离临界角. GQCdB>   
    AEC 2 1 1 iI7ocyUv  
    ACM 4 1 1 ey4.Hj#T  
    ACC 35 1 1 Qe ip h  
    LUL 600 .1 10 A TOTL t:vBVDkD  
    END 'U`;4AN  
    GO                 ! 开始 ZSEARCH %-.;sO=g  
    TIME               ! 查看运行时间有多长.
|K-`  
CAs:>s '8  
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] |rZMcl/  
7C3YVm6g  
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。 %Pt){9b  
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] |Rhqi  
P#XV_2  
运行 ZSEARCH 产生的宏。 x(eX.>o\  
现在让我们增加变焦组的数量。输入以下命令:CAM 15 SET
[attachment=122609] !8cV."~  
Iapz,nuE  
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] /"j 3B\`?  
cY_ke  
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。 S5y.H  
输入以下命令:CAM 100 APERT
[attachment=122607] $GGaR x  
9jEH"`qqk  
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 rZaO^}u]  
ZSPACE NONLIN 1.7 p WJ EFm  
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。 .#|?-5q/iN  
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。 foQo`}"5  
我们需要修改 ZSEARCH 的宏,原始的 ZSEARCH 宏如下:
[attachment=122608] urjf3h[%  
$#u'XyA  
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。
}AJoF41X  
[attachment=122606] ?&~q^t?u  
Cgh84 2%  
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] 1nskf*Z  
Y-YuY  
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 DyGls8<\!  
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]  G7a l@  
}F_c0zM  
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 %KT}Map  
AEI 4 1 123 0 0 0 20 2 e}d(.H%l0  
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] G`>]ng  
.\^0RyJE  
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] Y`bTf@EP>  
9iZio3m  
N6}/TbfAR  
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 +W*~=*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,所以在优化宏中添加一个新的命令: ADT 7 .1 1 V<I(M<Dj  
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] RE%f'y  
[attachment=122616] L8PX SJ  
[attachment=122614] tULGfvp  
)XK\[tL  
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 #T^2=7 w  
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 Q,xL8i M,  
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。 Wa<<"x$  
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] x I.W-js[  
`<X-3)>;G  
~&73f7  
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! bhpku=ov  
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] CPP~,E_  
[attachment=122620] 1" cv5U  
[attachment=122619] 8v& \F  
[attachment=122621] DdgiY9a.  
PWpt\g  
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? .w.:o2L  
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: f`uRC-B/  
XCOLOR e}e8WR=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透过率更差,如下图所示。
[attachment=122622] -Qn7+?P  
%7)=k}4  
如果出现这种情况的黄色滤镜,则说明蓝光透过率低。 UUJQc ~=  
我们现在有一个很好的变焦镜头。但我们能做得更好吗? YS9RfK/  
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。 `NsjtT'_  
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。 'RK"/ZhqE  
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