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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)j 课程四十七:一个30倍的变焦镜头 ?5ZvvAi 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。 G Wa6FX:/ uUx7>algF 设计要求如下: (O(TFE5^ 1. 变焦30倍 RFS}!_t+| 2. 半视场角14° FsO-xG"@" 3. 最后一面的半孔径为3mm a%HNz_ro 4. 使用11个镜片 F-o?tU 5. 四组镜片,其中两组是用来变焦 @}Ry7H0O 6. 像高5mm Go:(R {P 7. 后焦距20mm NL
` 8. 总长600mm NTZ3Np` 9. 物距从无穷远到5m 范围内对焦清晰 E<! L^A
M` ZSEARCH 输入如下: Bi;a~qE
- LOG ! 以便日后追迹 'xai5X
ON 98 n2-+.9cY TIME ! 来看看这次运行花了多长时间 rxol7"2l CORE 14 F[O147&C ZSEARCH 3 QUIET ! 将结果保存在镜头库位置3 mh[,E8'd SYSTEM kR^">s/H# ID ZSEARCH TEST 0e#PN@ OBB 0 14 3 ! 无限远物距,14度半视场,2.85毫米半孔径 HH6H4K3Zj d)biMI}<5 UNI MM k0PwAt)65 WAVL CDF $$0<
& END wDoCc: GOALS ]<YS7.pT ZOOMS 7 60%fva GROUPS 2 3 4 2 ! 镜头有四组,共11个元件 8r[TM ZGROUP 0 Z Z 0 ! 而第2组和第3组将可移动 aw lq/ ZFOCUS 5000 4 90 5 ! 在5米范围内也能正确对焦 Jpp-3i.F# FINAL ! 在最后的变焦位置声明所需的物方参数 ,%x2SyA KLG .?`h: OBB 0 0.4666 90 ,Js_d M^HYkXn[ 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 fk?!0M6d APS 19 ! 把光阑放在最后一组的第一面 7=X6_AD DELAY OFF 5M'cOJ GIHT 5 5 10 ! 所有变焦的图像高度为5毫米,权重为10 @V^.eVM\R 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 BHgs, COLOR M ! 校正所有定义的波长 OPq|4xu ANNEAL 50 10 Q ! 退火,因为它在两种模式下都得到了优化 Si~wig2 QUICK 40 40 ! 快速模式下40次,真实模式下40次 Oz_CEMcy ASTART 22 nIB eZof TSTART 12 '
ZTRl+ END Ho/tCU|w SPECIAL PANT n2AoEbd CUL 1.75 ./7-[d FUL 1.75 6K8v:yYPa END S3U]AH)C O{byMV{Ou SPECIAL AANT \,p?pL<' ACA 55 1 1 ! 监视器的光线要远离临界角. 7u^wO< AEC 2 1 1
&``nD ACM 4 1 1 2w1Mf<IXPo ACC 35 1 1 ?XyrG1(' LUL 600 .1 10 A TOTL B$s6|~ END BIx*( GO ! 开始 ZSEARCH }2BNy9q@ TIME ! 查看运行时间有多长.
0]DX KI W6EEC<$JL 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] O(0a l#Fvj
FO!0TyQ 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。 75R4[C6T 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] @pv:uON\
5M)B 运行 ZSEARCH 产生的宏。 ^_G#JJ\@$ 现在让我们增加变焦组的数量。输入以下命令:CAM 15 SET[attachment=122609] n 78!]O
.':17 $c`H 运行变焦滑块,会显示在变焦范围内设计得到了很好的纠正,但是在中间的位置会出现离焦。我们预设置为7个变焦位置。让我们看看变焦组是如何分布的。输入以下命令:CAM 100[attachment=122605] u}R|q
gV ':Xe 在这张图的左端数据变化最快,所以在这一区域,需要分配更多的变焦位置,来控制像差和焦点。 dE[X6$H[ 输入以下命令:CAM 100 APERT[attachment=122607] v\!Cq+lFML
+YCWoX2 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 $ <[r3 ZSPACE NONLIN 1.7 g_tEUaiK 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。 5$Kv%U 现在镜头已经定义了15个变焦组,同样聚集在凸轮曲线的左边,因为镜头还没有被校正。变焦运动是从原来的凸轮曲线插值而来的,只有7个变焦组是准确的。 S$wC{7?f 我们需要修改 ZSEARCH 的宏,原始的 ZSEARCH 宏如下:[attachment=122608] AoxORPp'
&2@Rc?!6_P 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。 l&] %APL
[attachment=122606] Q(1R=4?.Z
F!C<^q~! 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] 066\zAPdH
!.@:t`w 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 J$jLGy& ' 现在运行这个优化宏。镜头是合理的,但需要进一步改进。点击运行,再退火(33,2,50)[attachment=122613] sKiy1Ww
"Gqas bX 让我们尝试添加镜片来检验是否对像质有帮助。在 PANT 文件之前,添加如下命令行 Z$Qwn AEI 4 1 123 0 0 0 20 2 r`)'Kd 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] ~$
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/!"sPtIh 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] V*%><r
6+>X`k%D
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_P[S' 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 yMgS0 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 5PpS/I:on 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] 4 l+z
[attachment=122616] !]7L9TGn
[attachment=122614] 7Fa1utVI
0H'G./8 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 r:U<cLT[9 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 ct(euPU 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。 m5?t<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:[attachment=122617] ]nxSVKE4p
pnv)D}"
G [yI[7=d 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! fE>JoQs38 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] r0'a-Mk;
[attachment=122620] j{ri]?p
[attachment=122619] rXGaav9
[attachment=122621] {FN4BC`3+
VF<VyWFC0` 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? ~/K'n 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: d.U"lP/)D XCOLOR vhU
$GG8 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] >v/%R~BuX
KC<K*UHPAH 如果出现这种情况的黄色滤镜,则说明蓝光透过率低。 $ O;a~/T 我们现在有一个很好的变焦镜头。但我们能做得更好吗? xWWVU}fd1 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。 [|YuT:Cp 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。 !i{5mc\ `P;3,@
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