首页 -> 登录 -> 注册 -> 回复主题 -> 发表主题
光行天下 -> SYNOPSYS -> 快速设计一个30倍的变焦镜头：SYNOPSYS 光学设计软件 [点此返回论坛查看本帖完整版本] [打印本页]

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

,l` q  
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。 %"DEgI P  
设计要求如下： >)U 7$<&b  
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 >OwVNG  
ZSEARCH输入如下:

g{f1JTJ7  
      LOG    ! to keep track of things later ON 98 HH2*12e  
      TIME    ! to see how long this run took CORE 14 [cru+c+O:  
      ZSEARCH 3 QUIET    ! save results in library location 3 ."PR Z,  
j 46f Q  
      SYSTEM IX^k<Jqr  
      ID ZSEARCH TEST 2 ,;+)  
      OBB 0 14 3    ! infinite object, 14 degrees semi field, 2.85 mm semi o 1#XM/Z  
      ! aperture.    This defines the wide-field object ?Gj$$IAe  
      UNI MM WAVL CDF END mhp5}  
or ~o'  
      GOALS ZOOMS 7 >RBq&'f  
      GROUPS 2 3 4 2    ! lens has four groups with 11 elements altogether z(>{"t<C  
      ZGROUP 0 Z Z 0    ! and groups 2 and 3 will zoom .F?yt5{5No  
      ZFOCUS 5000 4 90 5    ! also correct range focus at 5 meters ?a~=CC@  
      FINAL    ! declare the desired object at the last zoom position, 91%+Bf()J6  
      ! which is the narrow field zoom lyIstfRh15  
      OBB 0 0.4666 90 ]^&DEj{  
@|%t<{y^I  
      ZSPACE NONLIN 1.7 ! other zoom objects will be nonlinearly spaced between the DhY9)>4M  
      ! first and last V_~}7~ I  
      APS 19    ! put the stop on the first side of the last group DELAY OFF >;HbD p  
      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 Q]w;o&eo  
      ! added to the merit function with a low weight. Xe*@`&nv@  
      COLOR M    ! correct all defined colors ,<|EoravH  
      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 27E6S)zv  
      ASTART 22 bI@+Or  
//e.p6"8h  
      TSTART 12 END g84~d(\?  
*2 4P T7  
      SPECIAL PANT CUL 1.75 s:R>uGYOd  
      FUL 1.75 END t_3)}  
:{LVS nG  
      SPECIAL AANT cIja^xD  
      ACA 55 1 1    ! monitor rays to keep away from the critical angle. AEC 2 1 1 L`x:Y>C(  
      ACM 4 1 1 WaN0$66[:  
      ACC 35 1 1 mv SNKS  
2j4VW0:  
      LUL 600 .1 10 A TOTL END b\][ x6zJp  
      GO    ! start ZSEARCH 7SXi#{  
      TIME    ! see how long the run took.
?O\n!c  
o&;+!Si@T  
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。
y$*Tbzp  
我们只纠正了7个变焦位置，在完成设计之前，可能还需要更多的变焦位置，但是前期选择少量的变焦位置做参考，会使ZSEARCH运行得更快。 8_Y{7;<ey  
打开工作表并将APS命令更改为APS -19。这将产生一个真实的光瞳。 {^"c>'R  
运行ZSEARCH产生的宏。 -YA1Uk  
现在让我们增加变焦组的数量。输入以下命令：
#g{ZfO[#  
      CAM 15 SET
[ #A!B#`  
5^GUuFt5m  
运行变焦滑块，会显示在变焦范围内设计得到了很好的纠正，但是在中间的位置会出现离焦。我们预设置为7个变焦位置。让我们看看变焦组是如何分布的。输入以下命令：
cm-cwPAh  
      CAM 100
g}$]K! F  
YqR MVWcnk  
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：
&{x5 |$SD  
      CAM 100 APERT
',kYZay  
3UD_2[aqN(  
现在这个图与前面的图片比例不再相同。我们可以看到左边的变焦位置比右边的变焦位置靠得更近。命令如下
Cg}cD.  
      ZSPACE NONLIN 1.7
0RYh4'=F  
[*vk&  
在ZSEARCH文件中，更大的非线性值会将它们分布的更广泛一些；而小于1.0的值会将它们聚集在图片的左边区域，这是我们不希望看到的情况。 +X cB5S>  
现在镜头已经定义了15个变焦组，同样聚集在凸轮曲线的左边，因为镜头还没有被校正。变焦运动是从原来的凸轮曲线插值而来的，只有7个变焦组是准确的。 ]8d]nftY  
我们需要修改ZSEARCH的宏，原始的ZSEARCH宏如下：
#2_phm'  
    ZOOM        1 ut& RKr3  
    M    0.500000E+01        0.100000E+02    A    GIHT 2ztP'  
    GSR    0.000000        5.000000        4    M    0.000000 GLnj& Ve  
    GNR    0.000000        3.000000        4    M    0.750000 ;|soc:aH  
    GNR    0.000000        1.000000        4    M    1.000000 {{SQL)yJ  
    LUL 600 .1 10 A TOTL 9"=:\PE  
    ZOOM    2 7AV!v`  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT i)+@'!6  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 _D$|lk-  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 # T$^{/J  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 ) (PA:j  
    LUL 600 .1 10 A TOTL 8!b#ez   
    ZOOM    3 QI=",vma u  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT |"5NI'X?  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 iKLN !QR  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 'r(}7>~fC  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 !RFlv  
    LUL 600 .1 10 A TOTL K>lA6i7?  
    ZOOM    4 Jq<&`6hn  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT $ze%! C  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 flR6^6E  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 xs.>+(@|;  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 ?\(E+6tpP  
    LUL 600 .1 10 A TOTL ou6yi; l%  
    ZOOM    5 i0v;mc  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT uPr@xff  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 pu0IhDMn  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 k9 .@S  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 P`@d8 %*;  
    LUL 600 .1 10 A TOTL FU;Tv).  
    ZOOM    6 P"XF|*^U  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT sn@gchO9s  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 *q=pv8&*s  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 Nm\0>}  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 k_ UY^vz.  
    LUL 600 .1 10 A TOTL *_!nil3(i  
    ZOOM    7 $!G7u<`na  
    M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT l"f.eo0@7  
    GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 Z Mt9'w;  
    GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 Urm&4&y  
    GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 7!]$XGz[  
    LUL 600 .1 10 A TOTL
P5P:_hr  
K;k_MA310  
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。
plh.-"   
      ZGROUP ALL r.lH@}i%n  
      M    0.500000E+01    0.100000E+02    A    GIHT Oq7M1|{  
      GSR    0.000000    5.000000        4    M    0.000000 Ckj2$c~  
      GNR    0.000000    3.000000        4    M    0.750000 *Cz>r}W  
      GNR    0.000000    1.000000        4    M    1.000000 blpX_N  
      LUL 600 .1 10 A TOTL P%8 Gaa=  
      END
fFMGpibkM  
5k)QjZo  
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。
6y)TXp  
    ZFOCUS    0.500000E+04    4    0.900000E+02    0.500000E+01 Pv17wUB  
    ZGROUP    ALL ?T3zA2  
    GSR    0.000000    5.000000    4    M    0.000000 "T=Z/@Vy  
    GNR    0.000000    3.000000    4    M    0.750000 P(l$5x]g,  
    GNR    0.000000    1.000000    4    M    1.000000 EcxPbRg  
    END aHNR0L3$}{  
    END
j1Fy'os"!  
UOJx-o!c?  
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
)e d5~ok  
      CAM ZMAG 0.0333333 NONLIN 1.7
?3D|{  
~Z9Eb|B  
现在运行这个优化宏。镜头是合理的，但需要进一步改进。
NoTEbFrV  
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
c@wSv2o$  
AEI 4 1 123 0 0 0 20 2
|`+kZ-M*  
Bi;D d?.  
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。
[=7=zV;}4  
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?
$N'AZY]4]  
      SYNOPSYS AI>1 TH? jfP2n5X83  
 s6bILz-u  
      The thickness or spacing of surface number    1    is    35.36316744
7I;xRo|  
Y~gDS^8  
我们的评价函数里有一个监视器，可以防止中心厚度变得太大，我们已经指定了一个35毫米的默认控制。但这个透镜是一个体积相当大，显然我们需要增加允许的厚度。将ACC监视器更改为
9>yLSM,!rS  
      ACC 50 1 1
BgRfy2:  
{; #u~e(W  
注释掉AEI命令行，再一次优化，模拟退火(22，2，50)。评价函数下降了。但是镜片2的厚度太薄，所以在MF中添加一个新的命令:
0zQ"5e?qy  
      ADT 7 .1 1
;\ ^'}S|3Z  
7#d>a=$h  
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。
FJ XYKpY[r  
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：
'#RzX8|v<  
      ZFOCUS 5000 4 90 5
PP)iw@9j  
,cZhkXd  
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 C))5,aX  
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。 q.0Evr:  
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:
W!vN (1:(  
      … 4wYD-MB  
      OBB  0.000000    14.00000    3.00000    -60.69895    0.00000    0.00000    3.000 % `Q[?(z  
      ZFILE  2 Ne<={u%  
      CAM RANK  9 Z6s-n$dSm  
      CAM EXPONENT  0.800000 BIGln`;,f  
      5 10 Geyy!sr``  
      11 18 DFOCUS RSOLVES CUBIC I@Cq<:+(3  
      …
0U|t@&q  
1(%9)).K  
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! ?YE'J~0A6  
打开MRG菜单(Menu, Real Glass)，选择Guangming材料库，点击OK。像质得到了改善。
= og>& K  
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? nhV\<  
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：
<A|X4;  
     XCOLOR
 ?QA![  
paKur%2u  
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。
x }\x3U  
我们现在有一个很好的变焦镜头。但我们能做得更好吗? gJa48 pi  
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。 w>#{Nl7gz  
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。 h?_Cv*0q  
pH&*5=t}  
w O H{L  
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 /my5s\;s|z  
可以自己试一试啦 OlU')0Y  
*Bfo"["0.  
optics1210 2019-03-21 11:12
是波妞啊:感谢楼主分享 f, '*f:(  
可以自己试一试啦 qfkd Q/fP  
 (2019-03-20 15:25)  CnpQdI  
GlHP`&;UH  
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。
查看本帖完整版本: [-- 快速设计一个30倍的变焦镜头：SYNOPSYS 光学设计软件 --] [-- top --]

Copyright © 2005-2026 光行天下 蜀ICP备06003254号-1 网站统计