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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课程四十七：一个30倍的变焦镜头 C8ZL*9U
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。 5$kdgFq(
)>V?+L5M
设计要求如下： =J](.78
1. 变焦30倍 &:<, c12
2. 半视场角14° &= X.* H%
3. 最后一面的半孔径为3mm \/ErPi=g
4. 使用11个镜片 5Tedo~v
5. 四组镜片，其中两组是用来变焦 28a$NP\KW
6. 像高5mm o w/U
7. 后焦距20mm 8f|98T"
8. 总长600mm }9^@5!qX
9. 物距从无穷远到5m 范围内对焦清晰 A{N\)
ZSEARCH 输入如下: /& r| ec5
- LOG ! 以便日后追迹 ,[* ;UR
ON 98 )qv2)a!H
TIME ! 来看看这次运行花了多长时间 ziiwxx_
CORE 14 vy [C'a
ZSEARCH 3 QUIET ! 将结果保存在镜头库位置3 Br!9x {q*
SYSTEM ]W/>L dv
ID ZSEARCH TEST Ird|C[la
OBB 0 14 3 ! 无限远物距，14度半视场，2.85毫米半孔径 LBat:7aH>
M/pMs 6
UNI MM D/CIA8h3
WAVL CDF ?{6s58Q{
END &l m #
GOALS y! ~qbh[
ZOOMS 7 Wpr
,j N8b
GROUPS 2 3 4 2 ! 镜头有四组，共11个元件 d$G}iJ8$mp
ZGROUP 0 Z Z 0 ! 而第2组和第3组将可移动 ?2 f_aY ;
ZFOCUS 5000 4 90 5 ! 在5米范围内也能正确对焦 0J 9D"3T)
FINAL ! 在最后的变焦位置声明所需的物方参数 T7[NcZ:I
}gv8au<
OBB 0 0.4666 90 ?IF) +]
C h19h8M
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 /&^W#U$ 4
APS 19 ! 把光阑放在最后一组的第一面 rzUlO5?R =
DELAY OFF Jxa4hM0
GIHT 5 5 10 ! 所有变焦的图像高度为5毫米，权重为10
.X'p q5
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 2' ] KT Hm
COLOR M ! 校正所有定义的波长 D=+NxR[
ANNEAL 50 10 Q ! 退火，因为它在两种模式下都得到了优化 wNYg$d0M
QUICK 40 40 ! 快速模式下40次，真实模式下40次 6;iJ*2f5V
ASTART 22 4 CrLkr
TSTART 12 2YlH}fnH
END 9t$] X>}
SPECIAL PANT D +RiM~LH8
CUL 1.75 oyvK a g
FUL 1.75 /?*]lH.
END k XrlS aIc
+?dl`!rE
SPECIAL AANT [0y$! f4
ACA 55 1 1 ! 监视器的光线要远离临界角. 2VoKr)
AEC 2 1 1 M{mSd2
ACM 4 1 1 ( Un_!)
ACC 35 1 1 f-SuM% S_
LUL 600 .1 10 A TOTL Hy_; nN+e
END ;j%BK(5
GO ! 开始 ZSEARCH = 1.9/hW
TIME ! 查看运行时间有多长.
B*3Y !!
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] [yS#O\$'e
}4//@J?:
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。
rsXq- Pq*
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] )]htm&q5
hA1-){aw3q
运行 ZSEARCH 产生的宏。 8|%^3O 0X
现在让我们增加变焦组的数量。输入以下命令：CAM 15 SET[attachment=122609] T~ :|!`
_iV]_\0W2
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] 5jxQW
;
?OlV"zK
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。 _zWf I.o
输入以下命令：CAM 100 APERT[attachment=122607] [U/(<?F{(
Np+&t}
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 \Ae9\Jp8M
ZSPACE NONLIN 1.7 eKvV*[N a
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。 9f+>ix,ek*
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。 Av' G B
我们需要修改 ZSEARCH 的宏，原始的 ZSEARCH 宏如下：[attachment=122608] wU\s ;
dK
VVP:w%yW
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。 ^ BQrbY
[attachment=122606] n\z,/'d"
@&|l^ 1
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] : GpDg
$(e #aHB
在我们运行这个宏之前，调整物距位置是个好主意。我们将数字从7增加到15，但是这个选项只是插入了之前的数据，这些数据很接近，但并不准确。在命令窗口输入 CAM ZMAG 0.0333333 NONLIN 1.7 ]n."<qxeT
现在运行这个优化宏。镜头是合理的，但需要进一步改进。点击运行，再退火（33，2，50）[attachment=122613] : j }fC8'
6Htg5o|W
让我们尝试添加镜片来检验是否对像质有帮助。在 PANT 文件之前，添加如下命令行 XxIHoX&
AEI 4 1 123 0 0 0 20 2 *jIqAhs0{
运行宏。程序建议在第4个镜片组中添加了一个镜片，像质得到很大的提高。[attachment=122610] v[e:qi&fG
Z_1U9 +,
我们想进一步改进像质。我们发现第一个镜片中心较厚，但它的边缘很薄。现在的厚度是多少?[attachment=122611] a ]
=
U-/{0zB
0sca4G0{
我们的评价函数里有一个监视器，可以防止中心厚度变得太大，我们已经指定了一个35毫米的默认控制。但这个透镜是一个体积相当大，显然我们需要增加允许的厚度。将 ACC 监视器更改为 ACC 50 1 1 R218(8S
注释掉 AEI 命令行，再一次优化，模拟退火(22，2，50)。评价函数下降了。但是镜片2的厚度太薄，所以在优化宏中添加一个新的命令: ADT 7 .1 1 'R`tLN
取消 AEI 命令行的注释，并重新优化。这将控制每个镜片的直径/厚度比，并添加一个镜片。现在系统看起来很好。[attachment=122611] w@JKl5
[attachment=122616] 4lhw3,5
[attachment=122614] W"^wnGa@a
D%6;^^WyUx
把这个设计分配给下一个 ACON，我们要用它来查看物距5米处的像质。点击按钮;然后输入如下命令：ZFOCUS 5000 4 90 5 o*U ]v
您已经设置物距为5米，并将第4个面的厚度调整为90毫米，调整物体高度，使高斯像高保持在5毫米。我们想看看它是如何工作的。运行变焦滑块，在缩放范围内查看此 ACON 的性能。它和无穷远处的性能很相似。在物距范围内聚焦不会有任何问题。最大的像差出现在 zoom 15中，这是一种长焦设置，对于这种镜头来说是正常的 JR CrZW}
现在点击 PAD Scan 按钮，检查每个视场点的像差是否得到控制。在变焦范围的两端都这样做，你会发现每个地方都得到了很好的控制。如果某个中间视场点出现较大的像差，我们将在出现问题的视场点向 AANT 文件添加另一个 GNR 命令，但在目前的结果下没有必要这样做。 26T "XW'_
变焦滑块显示了镜头在整个变焦范围内的焦点-但我们也需要进行调整打开工作表并单击 ZFILE 按钮以显示当前变焦参数。滚动到编辑窗格的顶部并添加两个命令，如下面的红色字体所示:[attachment=122617] ib{-A&
D?XM,l +
[ i#zP
现在该程序将对凸轮曲线使用分段三次拟合(而不是目前默认使用的幂级数多项式)，并将调整第二组的变焦位置，以保持在所有变焦时近轴离焦的平稳过渡。再次运行变焦滑块，焦点处在正确的位置上! ^WBu MCe
打开 MRG 菜单(Menu, 真实玻璃)，选择光明材料库，点击 OK。像质得到了改善。[attachment=122618] ;q N+^;,2
[attachment=122620] `W/sP \3
[attachment=122619] "BX!
[attachment=122621] q[`j`8YY!R
pvmC$n^zc
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? 5w aKI?4F
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： zg-2C>(6a
XCOLOR C4TE-OM8
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] 2^i(gaXUQ
orOt>5}b<
如果出现这种情况的黄色滤镜，则说明蓝光透过率低。 #9 K-7je;j
我们现在有一个很好的变焦镜头。但我们能做得更好吗? yR(x+ Gs{]
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。 ?QE,;QtpK
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。 lz1 wO5%h
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