首页 -> 登录 -> 注册 -> 回复主题 -> 发表主题
光行天下 -> SYNOPSYS -> SYNOPSYS 光学设计软件课程四十七：一个30倍的变焦镜头 [点此返回论坛查看本帖完整版本] [打印本页]

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

{>+$u"*  
课程四十七：一个30倍的变焦镜头 NGze: gPmO  
第38课展示了如何设计8X 变焦镜头。现在我们做一个复杂的设计，以30X 变焦为目标，来设计一款变焦镜头。 Y4{`?UM&h  
`2@-'/$\I|  
设计要求如下： [ =9R5.)c  
1. 变焦30倍 VKs\b-1  
2. 半视场角14° kqyMrZ#  
3. 最后一面的半孔径为3mm |SxEJ  
4. 使用11个镜片 kEXcEF_9P  
5. 四组镜片，其中两组是用来变焦 Z ZiS$&NK8  
6. 像高5mm S5d{dTPq  
7. 后焦距20mm I}q-J~s  
8. 总长600mm - a=yi d  
9. 物距从无穷远到5m 范围内对焦清晰 Kz<xuulr  
ZSEARCH 输入如下: y&CUT:M6  

复制代码
  1. LOG                ! 以便日后追迹 %/^d]#  
    ON 98 i]YQq!B  
    TIME               ! 来看看这次运行花了多长时间 gSGe]  
    CORE 14 D~y]d  
    ZSEARCH 3 QUIET    ! 将结果保存在镜头库位置3 O[`Ob6Q{F  
    SYSTEM uVk8KMYU  
    ID ZSEARCH TEST _ 4W#6!  
    OBB 0 14 3         ! 无限远物距，14度半视场，2.85毫米半孔径 z=fag'fzM  
                       iY($O/G[+  
    UNI MM UP`q6] P  
    WAVL CDF ;?[~]"  
    END   =&pbh  
    GOALS g|zK%tR_P  
    ZOOMS 7 OP&[5X+Y  
    GROUPS 2 3 4 2     ! 镜头有四组，共11个元件 68!]q(!6F  
    ZGROUP 0 Z Z 0     ! 而第2组和第3组将可移动 Cn55%:  
    ZFOCUS 5000 4 90 5 ! 在5米范围内也能正确对焦 ]lo1Kw  
    FINAL              ! 在最后的变焦位置声明所需的物方参数 4w?7AI]Ej  
                       g}D$`Nx:  
    OBB 0 0.4666 90 |HEw~x<=  
    9s!/yiP5  
    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 H|Nw)*.  
    APS 19             ! 把光阑放在最后一组的第一面 joA+  
    DELAY OFF  #.><A8J  
    GIHT 5 5 10        ! 所有变焦的图像高度为5毫米，权重为10 $"i690  
    BACK 20 .1         ! 后焦是20毫米，会有变化。一个目标将被添上低权重的优化函数 K+}Z6_:  
    COLOR M            !  校正所有定义的波长 c]]F`B  
    ANNEAL 50 10 Q     ! 退火，因为它在两种模式下都得到了优化 m7"f6zSo(  
    QUICK 40 40        ! 快速模式下40次，真实模式下40次 Gw./qu-W  
    ASTART 22 cDx^}N!  
    TSTART 12 :9#`| #uh  
    END v<SEGv-  
    SPECIAL PANT @( t:E`8  
    CUL 1.75 8F * WT|]  
    FUL 1.75 Cm4 *sN.&)  
    END uaKB   
    2tv40(M:<  
    SPECIAL AANT M BT-L  
    ACA 55 1 1         ! 监视器的光线要远离临界角. X\x9CA  
    AEC 2 1 1 j+9 S  
    ACM 4 1 1 Wy4^mOv  
    ACC 35 1 1 zFn&~lFB  
    LUL 600 .1 10 A TOTL [!le 9aNg  
    END ) b10%n^  
    GO                 ! 开始 ZSEARCH 2X*<Fma3C  
    TIME               ! 查看运行时间有多长.
W,~1KUTc  
gp HwiFc  
运行这个宏一段时间后，我们得到了一个有潜力的初始结构。
[attachment=122604] #H`y1zm  
h7$!wf!I  
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。 (Pd>*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] X2[cR;;'  
CiuN26>  
运行 ZSEARCH 产生的宏。 /6zpVkV  
现在让我们增加变焦组的数量。输入以下命令：CAM 15 SET
[attachment=122609] G!8pF  
kKM%    
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] 6\;1<Sw*  
f>dkT'4  
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。 ^rwSbM$  
输入以下命令：CAM 100 APERT
[attachment=122607] e_], O_ Z  
2[po~}2-0  
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 QZr<=}   
ZSPACE NONLIN 1.7 8~E)gV+v  
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。 <gLtX[v!CL  
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。 mj=|oIMwT  
我们需要修改 ZSEARCH 的宏，原始的 ZSEARCH 宏如下：
[attachment=122608] ^kvH/Y&  
5$U>M  
为了简化操作，我们将删除除第一个变焦组之外的所有内容，并将其更改为 zoom group 的设置。这将在所有变焦组中进行如下操作，在三个视场中创建光线像差指令。
GiXde}bm  
[attachment=122606] XL^N5  
F5+_p@ !i  
该程序还向 AANT 文件中添加了 ZFOCUS 命令，然后是另一组变焦设置，我们再次用单个 ZGROUP ALL 命令替换它们。该部分更改物距参数，将第一组移动90毫米，并在所有已定义的变焦组中再次纠正像质。请注意，END 命令将会关闭 ZGROUP 文件，另一个 END 命令将会关闭文件 AANT 部分。
[attachment=122615] df *#?Ok  
^4pKsO3ul  
在我们运行这个宏之前，调整物距位置是个好主意。我们将数字从7增加到15，但是这个选项只是插入了之前的数据，这些数据很接近，但并不准确。在命令窗口输入 CAM ZMAG 0.0333333 NONLIN 1.7 t3$gwO$  
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~3T8e#  
gF6j6  
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 ATM:As:<@  
AEI 4 1 123 0 0 0 20 2 4QAIQQS  
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] 2nkj;x{H$  
~[TKVjyO  
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] jHH  
"GI&S%F  
WgJAr73 l  
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 @z)tC@  
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 ZT8J i?_n  
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] G*i#\   
[attachment=122616] { $/Fk6qr  
[attachment=122614] F9P0cGDs  
6bKO;^0  
把这个设计分配给下一个 ACON，我们要用它来查看物距5米处的像质。点击按钮;然后输入如下命令：ZFOCUS 5000 4 90 5 i i@1!o  
您已经设置物距为5米，并将第4个面的厚度调整为90毫米，调整物体高度，使高斯像高保持在5毫米。我们想看看它是如何工作的。运行变焦滑块，在缩放范围内查看此 ACON 的性能。它和无穷远处的性能很相似。在物距范围内聚焦不会有任何问题。最大的像差出现在 zoom 15中，这是一种长焦设置，对于这种镜头来说是正常的 %K'*P56  
现在点击 PAD Scan 按钮，检查每个视场点的像差是否得到控制。在变焦范围的两端都这样做，你会发现每个地方都得到了很好的控制。如果某个中间视场点出现较大的像差，我们将在出现问题的视场点向 AANT 文件添加另一个 GNR 命令，但在目前的结果下没有必要这样做。 >B/&V|E  
变焦滑块显示了镜头在整个变焦范围内的焦点-但我们也需要进行调整打开工作表并单击 ZFILE 按钮以显示当前变焦参数。滚动到编辑窗格的顶部并添加两个命令，如下面的红色字体所示:
[attachment=122617] :$i:8lz  
eD{ @0&   
&17,]#3  
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! 6'Yn|A  
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] C6UMc} 9h  
[attachment=122620] .xkV#ol  
[attachment=122619] BrH;(*H)8  
[attachment=122621] CKt|c!3 7  
VnSj:LUD  
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? R P:F<`DB|  
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： ?h)3S7  
XCOLOR &U$8zn~[k  
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] 6~h1iY_~  
w<~<(5mM5;  
如果出现这种情况的黄色滤镜，则说明蓝光透过率低。 !N8)C@=  
我们现在有一个很好的变焦镜头。但我们能做得更好吗? {IPn\Bka  
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。 E`uaE=Mdq  
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。 _SIs19"lR  
bI]UO)  
查看本帖完整版本: [-- SYNOPSYS 光学设计软件课程四十七：一个30倍的变焦镜头 --] [-- top --]

Copyright © 2005-2026 光行天下 蜀ICP备06003254号-1 数据分析