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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

06NW2A%wv  
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。 m't8\fo^w  
设计要求如下： (mgv:<c;BA  
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 a8 .x=j<  
ZSEARCH输入如下:

*?~&O.R"  
      LOG    ! to keep track of things later ON 98 v[]&yD  
      TIME    ! to see how long this run took CORE 14 H`OJN .  
      ZSEARCH 3 QUIET    ! save results in library location 3 <O3,b:vw  
oAF#bj_f  
      SYSTEM {JtfEna  
      ID ZSEARCH TEST RG6U~o1  
      OBB 0 14 3    ! infinite object, 14 degrees semi field, 2.85 mm semi E*s8 nQ"  
      ! aperture.    This defines the wide-field object -r%k)4_  
      UNI MM WAVL CDF END 8Z>=sUMQ  
;<H\{w@D  
      GOALS ZOOMS 7 jJ3dZ<#  
      GROUPS 2 3 4 2    ! lens has four groups with 11 elements altogether ~\UAxB=  
      ZGROUP 0 Z Z 0    ! and groups 2 and 3 will zoom {-l:F2i  
      ZFOCUS 5000 4 90 5    ! also correct range focus at 5 meters +:&|]$8<  
      FINAL    ! declare the desired object at the last zoom position, do DpTwvh  
      ! which is the narrow field zoom W[qQDn!r  
      OBB 0 0.4666 90 J3y4 D}  
Lnc>O'<5P9  
      ZSPACE NONLIN 1.7 ! other zoom objects will be nonlinearly spaced between the j4+kL4M@H  
      ! first and last ^]TYS]C  
      APS 19    ! put the stop on the first side of the last group DELAY OFF <xh";seL  
      GIHT 5 5 10 ! the image height is 5 mm for all zooms, with a weight of 10. BACK 20 .1    ! the back focus is 20 mm and will vary.    A target will be XXy &1C  
      ! added to the merit function with a low weight. 7gQ 2dp  
      COLOR M    ! correct all defined colors V5rW_X:]8  
      ANNEAL 50 10 Q    ! anneal the lens as it is optimized in both modes QUICK 40 40    ! 40 passes in quick mode, 40 in real-ray mode &d=ZCaP  
      ASTART 22 K?6#jT6#  
Y))x'<T'Q  
      TSTART 12 END h 6juX'V  
p9gX$-!pbG  
      SPECIAL PANT CUL 1.75 ok/{ w  
      FUL 1.75 END Ja{[T  
Y(R .e7]  
      SPECIAL AANT c=<5DC&p  
      ACA 55 1 1    ! monitor rays to keep away from the critical angle. AEC 2 1 1 vJsx_ i\i  
      ACM 4 1 1 wY*tq{7  
      ACC 35 1 1 kz^?!l)X0  
UgD&tD0fp  
      LUL 600 .1 10 A TOTL END u .,l_D_  
      GO    ! start ZSEARCH c}mWAZ=wF  
      TIME    ! see how long the run took.
6$ ag<  
94xWMX2  
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。
jbTsrj"g  
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。 +J7xAyv_Oz  
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。 &5Huv?^a'  
运行ZSEARCH产生的宏。 .iZo/_  
现在让我们增加变焦组的数量。输入以下命令：
V?N8 ,)j  
      CAM 15 SET
?U(`x6\:  
F~x>\?iN  
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：
PLhlbzcf  
      CAM 100
1(jDBP!8  
LIfYpn6  
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：
kGW4kuh)/q  
      CAM 100 APERT
UJk/Lxv  
aS&,$sR  
现在这个图与前面的图片比例不再相同。我们可以看到左边的变焦位置比右边的变焦位置靠得更近。命令如下
|WsB0R  
      ZSPACE NONLIN 1.7
M6H#Y2!ZbC  
o$k9$H>Na  
在ZSEARCH文件中，更大的非线性值会将它们分布的更广泛一些；而小于1.0的值会将它们聚集在图片的左边区域，这是我们不希望看到的情况。 'L8B"5|>  
现在镜头已经定义了15个变焦组，同样聚集在凸轮曲线的左边，因为镜头还没有被校正。变焦运动是从原来的凸轮曲线插值而来的，只有7个变焦组是准确的。 DGO\&^GT^  
我们需要修改ZSEARCH的宏，原始的ZSEARCH宏如下：
siD/`T&  
    ZOOM        1 Y *n[*N  
    M    0.500000E+01        0.100000E+02    A    GIHT {v U;(eN  
    GSR    0.000000        5.000000        4    M    0.000000 *#7]PA Qw  
    GNR    0.000000        3.000000        4    M    0.750000 S(Q=2Y  
    GNR    0.000000        1.000000        4    M    1.000000 #L 9F\ <K  
    LUL 600 .1 10 A TOTL TyN]Pa  
    ZOOM    2 M7\yEi"*  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT y\zRv(T=  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 hv#|dI=kZR  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 I3d!!L2ma  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 Jq_AR!} %  
    LUL 600 .1 10 A TOTL 'ARbJ1a  
    ZOOM    3 s}bv o  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT )GR4U8<>g  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 rvp#[RAaS}  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 8 EUc 6  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 DgODTxiX  
    LUL 600 .1 10 A TOTL rVv4R/3+   
    ZOOM    4 WFG`-8_e[I  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT KYR64[1  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 \7] SG  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 m.w.h^f$&  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 Uq^-km#a  
    LUL 600 .1 10 A TOTL sU0W)c;  
    ZOOM    5 l9#@4Os  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT XxLauJP K  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 NM4b]>   
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 ayr CLv  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 `XrF ,  
    LUL 600 .1 10 A TOTL ?XB[awTD~  
    ZOOM    6 z~Is E8  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT JXq l=/%  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000  giORc  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 M6XpauR-  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 !dGSZ|YZ  
    LUL 600 .1 10 A TOTL v`Yj)  
    ZOOM    7 jP}Ix8vc=  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT _p;=]#+c&  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 !z2KQ 4C  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 FgnPh%[u  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 )<[)7`  
    LUL 600 .1 10 A TOTL
Mq52B_  
1Uk Gjw1J  
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。
T7?cnK"  
      ZGROUP ALL UZx8ozv'  
      M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT Qm>2,={h  
      GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 q#\4/Dt  
      GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 <g1=jG:7k  
      GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 0bl8J5Ar5  
      LUL 600 .1 10 A TOTL /Jf}~}JP  
      END
U5ME`lN*`  
QE+HL8c^s  
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。
SGP)A(,k9  
    ZFOCUS    0.500000E+04    4    0.900000E+02    0.500000E+01 Sy"!Q%+ |  
    ZGROUP    ALL HcCT=x7:  
    GSR    0.000000    5.000000    4    M    0.000000 N~tq ]  
    GNR    0.000000    3.000000    4    M    0.750000 (D2N_l(`<  
    GNR    0.000000    1.000000    4    M    1.000000 3GPGwzX |  
    END < Wm'V-  
    END
w@x||K=Z  
~PyZh5x  
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
]h%~'8g,  
      CAM ZMAG 0.0333333 NONLIN 1.7
 w\y)  
"=,IbC  
现在运行这个优化宏。镜头是合理的，但需要进一步改进。
WB5M ![  
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
#oJ%i+V  
AEI 4 1 123 0 0 0 20 2
szGGw  
c\OLf_Uf  
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。
-8Hv3J'=  
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?
#+L:V&QE  
      SYNOPSYS AI>1 TH? A,4Z{f83  
+g&M@8XO&  
      The thickness or spacing of surface number    1    is    35.36316744
S|r,RBeZ  
sFw;P`  
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
yq12"Rs  
      ACC 50 1 1
sB wzb  
9k;%R5(  
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:
=0mn6b9-=  
      ADT 7 .1 1
GDYFhH7H  
jIck!  
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。
b}!T!IP}  
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：
a+<{!+3v  
      ZFOCUS 5000 4 90 5
y wmC>`0p  
/YHnt-}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 )yUSuK(Vu  
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。 v9"03 =h  
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:
8*^*iEsR  
      … M8${&&[;  
      OBB  0.000000    14.00000    3.00000    -60.69895    0.00000    0.00000    3.000 B^Hh rz!  
      ZFILE  2 r*UE>_3J  
      CAM RANK  9 rPK1#  
      CAM EXPONENT  0.800000 %xdyG Al:  
      5 10 v;(k7  
      11 18 DFOCUS RSOLVES CUBIC #N'bhs  
      …
'u3,+guz  
q +!i6!6r  
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! h/]));p  
打开MRG菜单(Menu, Real Glass)，选择Guangming材料库，点击OK。像质得到了改善。
Ge1"+:tbJ  
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? Hb\['VhzM  
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：
7A^L$TY  
     XCOLOR
$:D\yZ,  
byPqPSY  
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。
UZ!It>  
我们现在有一个很好的变焦镜头。但我们能做得更好吗? 4VhKV JX  
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。 Jk57| )/  
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。 BK1I_/_!  
7 lu_E.Bv  
lsU`~3nr  
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 5% w08  
可以自己试一试啦 x{S2   
9yp'-RKjw  
optics1210 2019-03-21 11:12
是波妞啊:感谢楼主分享 b^"mQ   
可以自己试一试啦 *!yA'z<  
 (2019-03-20 15:25)  u/%Z0`X  
h;A~:}c,  
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。
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