課程四十七：一個(gè)30倍的變焦鏡頭
第38課展示了如何設(shè)計(jì)8X 變焦鏡頭。現(xiàn)在我們做一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)，以30X 變焦為目標(biāo)，來(lái)設(shè)計(jì)一款變焦鏡頭。
設(shè)計(jì)要求如下：
1. 變焦30倍
2. 半視場(chǎng)角14°
3. 最后一面的半孔徑為3mm
4. 使用11個(gè)鏡片
5. 四組鏡片，其中兩組是用來(lái)變焦
6. 像高5mm
7. 后焦距20mm
8. 總長(zhǎng)600mm
9. 物距從無(wú)窮遠(yuǎn)到5m 范圍內(nèi)對(duì)焦清晰
ZSEARCH 輸入如下:
- LOG ! 以便日后追跡
- ON 98
- TIME ! 來(lái)看看這次運(yùn)行花了多長(zhǎng)時(shí)間
- CORE 14
- ZSEARCH 3 QUIET ! 將結(jié)果保存在鏡頭庫(kù)位置3
- SYSTEM
- ID ZSEARCH TEST
- OBB 0 14 3 ! 無(wú)限遠(yuǎn)物距，14度半視場(chǎng)，2.85毫米半孔徑
-
- UNI MM
- WAVL CDF
- END
- GOALS
- ZOOMS 7
- GROUPS 2 3 4 2 ! 鏡頭有四組，共11個(gè)元件
- ZGROUP 0 Z Z 0 ! 而第2組和第3組將可移動(dòng)
- ZFOCUS 5000 4 90 5 ! 在5米范圍內(nèi)也能正確對(duì)焦
- FINAL ! 在最后的變焦位置聲明所需的物方參數(shù)
-
- OBB 0 0.4666 90
-
- ZSPACE NONLIN 1.7 !其他變焦參數(shù)將被非線性地間隔在第一和最后一個(gè)
- APS 19 ! 把光闌放在最后一組的第一面
- DELAY OFF
- GIHT 5 5 10 ! 所有變焦的圖像高度為5毫米，權(quán)重為10
- BACK 20 .1 ! 后焦是20毫米，會(huì)有變化。一個(gè)目標(biāo)將被添上低權(quán)重的優(yōu)化函數(shù)
- COLOR M ! 校正所有定義的波長(zhǎng)
- ANNEAL 50 10 Q ! 退火，因?yàn)樗趦煞N模式下都得到了優(yōu)化
- QUICK 40 40 ! 快速模式下40次，真實(shí)模式下40次
- ASTART 22
- TSTART 12
- END
- SPECIAL PANT
- CUL 1.75
- FUL 1.75
- END
-
- SPECIAL AANT
- ACA 55 1 1 ! 監(jiān)視器的光線要遠(yuǎn)離臨界角.
- AEC 2 1 1
- ACM 4 1 1
- ACC 35 1 1
- LUL 600 .1 10 A TOTL
- END
- GO ! 開(kāi)始 ZSEARCH
- TIME ! 查看運(yùn)行時(shí)間有多長(zhǎng).
運(yùn)行這個(gè)宏一段時(shí)間后，我們得到了一個(gè)有潛力的初始結(jié)構(gòu)。
我們只校正了7個(gè)變焦位置，在完成設(shè)計(jì)之前，可能還需要更多的變焦位置，但是前期選擇少量的變焦位置做參考，會(huì)使 ZSEARCH 運(yùn)行得更快。
打開(kāi)工作表并將 APS 命令更改為APS -19。這將產(chǎn)生一個(gè)真實(shí)的光瞳。
運(yùn)行 ZSEARCH 產(chǎn)生的宏。
現(xiàn)在讓我們?cè)黾幼兘菇M的數(shù)量。輸入以下命令：CAM 15 SET
運(yùn)行變焦滑塊，會(huì)顯示在變焦范圍內(nèi)設(shè)計(jì)得到了很好的糾正，但是在中間的位置會(huì)出現(xiàn)離焦。我們預(yù)設(shè)置為7個(gè)變焦位置。讓我們看看變焦組是如何分布的。輸入以下命令：CAM 100
在這張圖的左端數(shù)據(jù)變化最快，所以在這一區(qū)域，需要分配更多的變焦位置，來(lái)控制像差和焦點(diǎn)。
輸入以下命令：CAM 100 APERT
現(xiàn)在這個(gè)圖與前面的圖片比例不再相同。我們可以看到左邊的變焦位置比右邊的變焦位置靠得更近。命令如下
ZSPACE NONLIN 1.7
在 ZSEARCH 文件中，更大的非線性值會(huì)將它們分布的更廣泛一些；而小于1.0的值會(huì)將它們聚集在圖片的左邊區(qū)域，這是我們不希望看到的情況。
現(xiàn)在鏡頭已經(jīng)定義了15個(gè)變焦組，同樣聚集在凸輪曲線的左邊，因?yàn)殓R頭還沒(méi)有被校正。變焦運(yùn)動(dòng)是從原來(lái)的凸輪曲線插值而來(lái)的，只有7個(gè)變焦組是準(zhǔn)確的。
我們需要修改 ZSEARCH 的宏，原始的 ZSEARCH 宏如下：
為了簡(jiǎn)化操作，我們將刪除除第一個(gè)變焦組之外的所有內(nèi)容，并將其更改為 zoom group 的設(shè)置。這將在所有變焦組中進(jìn)行如下操作，在三個(gè)視場(chǎng)中創(chuàng)建光線像差指令。
該程序還向 AANT 文件中添加了 ZFOCUS 命令，然后是另一組變焦設(shè)置，我們?cè)俅斡脝蝹�(gè) ZGROUP ALL 命令替換它們。該部分更改物距參數(shù)，將第一組移動(dòng)90毫米，并在所有已定義的變焦組中再次糾正像質(zhì)。請(qǐng)注意，END 命令將會(huì)關(guān)閉 ZGROUP 文件，另一個(gè) END 命令將會(huì)關(guān)閉文件 AANT 部分。
在我們運(yùn)行這個(gè)宏之前，調(diào)整物距位置是個(gè)好主意。我們將數(shù)字從7增加到15，但是這個(gè)選項(xiàng)只是插入了之前的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)很接近，但并不準(zhǔn)確。在命令窗口輸入 CAM ZMAG 0.0333333 NONLIN 1.7
現(xiàn)在運(yùn)行這個(gè)優(yōu)化宏。鏡頭是合理的，但需要進(jìn)一步改進(jìn)。點(diǎn)擊運(yùn)行，再退火（33，2，50）
讓我們嘗試添加鏡片來(lái)檢驗(yàn)是否對(duì)像質(zhì)有幫助。在 PANT 文件之前，添加如下命令行
AEI 4 1 123 0 0 0 20 2
運(yùn)行宏。程序建議在第4個(gè)鏡片組中添加了一個(gè)鏡片，像質(zhì)得到很大的提高。
我們想進(jìn)一步改進(jìn)像質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)第一個(gè)鏡片中心較厚，但它的邊緣很薄。現(xiàn)在的厚度是多少?
我們的評(píng)價(jià)函數(shù)里有一個(gè)監(jiān)視器，可以防止中心厚度變得太大，我們已經(jīng)指定了一個(gè)35毫米的默認(rèn)控制。但這個(gè)透鏡是一個(gè)體積相當(dāng)大，顯然我們需要增加允許的厚度。將 ACC 監(jiān)視器更改為 ACC 50 1 1
注釋掉 AEI 命令行，再一次優(yōu)化，模擬退火(22，2，50)。評(píng)價(jià)函數(shù)下降了。但是鏡片2的厚度太薄，所以在優(yōu)化宏中添加一個(gè)新的命令: ADT 7 .1 1
取消 AEI 命令行的注釋?zhuān)⒅匦聝?yōu)化。這將控制每個(gè)鏡片的直徑/厚度比，并添加一個(gè)鏡片�，F(xiàn)在系統(tǒng)看起來(lái)很好。
把這個(gè)設(shè)計(jì)分配給下一個(gè) ACON，我們要用它來(lái)查看物距5米處的像質(zhì)。點(diǎn)擊按鈕;然后輸入如下命令：ZFOCUS 5000 4 90 5
您已經(jīng)設(shè)置物距為5米，并將第4個(gè)面的厚度調(diào)整為90毫米，調(diào)整物體高度，使高斯像高保持在5毫米。我們想看看它是如何工作的。運(yùn)行變焦滑塊，在縮放范圍內(nèi)查看此 ACON 的性能。它和無(wú)窮遠(yuǎn)處的性能很相似。在物距范圍內(nèi)聚焦不會(huì)有任何問(wèn)題。最大的像差出現(xiàn)在 zoom 15中，這是一種長(zhǎng)焦設(shè)置，對(duì)于這種鏡頭來(lái)說(shuō)是正常的
現(xiàn)在點(diǎn)擊 PAD Scan 按鈕，檢查每個(gè)視場(chǎng)點(diǎn)的像差是否得到控制。在變焦范圍的兩端都這樣做，你會(huì)發(fā)現(xiàn)每個(gè)地方都得到了很好的控制。如果某個(gè)中間視場(chǎng)點(diǎn)出現(xiàn)較大的像差，我們將在出現(xiàn)問(wèn)題的視場(chǎng)點(diǎn)向 AANT 文件添加另一個(gè) GNR 命令，但在目前的結(jié)果下沒(méi)有必要這樣做。
變焦滑塊顯示了鏡頭在整個(gè)變焦范圍內(nèi)的焦點(diǎn)-但我們也需要進(jìn)行調(diào)整打開(kāi)工作表并單擊 ZFILE 按鈕以顯示當(dāng)前變焦參數(shù)。滾動(dòng)到編輯窗格的頂部并添加兩個(gè)命令，如下面的紅色字體所示:
現(xiàn)在該程序?qū)?duì)凸輪曲線使用分段三次擬合(而不是目前默認(rèn)使用的冪級(jí)數(shù)多項(xiàng)式)，并將調(diào)整第二組的變焦位置，以保持在所有變焦時(shí)近軸離焦的平穩(wěn)過(guò)渡。再次運(yùn)行變焦滑塊，焦點(diǎn)處在正確的位置上!
打開(kāi) MRG 菜單(Menu, 真實(shí)玻璃)，選擇光明材料庫(kù)，點(diǎn)擊 OK。像質(zhì)得到了改善。
在本課中，我們需要多次調(diào)整參數(shù)運(yùn)行，直到得到滿意的結(jié)果為止。例如，上面顯示的 ZSEARCH 輸入包含 CUL 和 FUL 命令，以限制玻璃模型變量允許的最高折射率。在這種情況下，我們限制它們?yōu)?.75。但也有其他玻璃品種的折射率高達(dá)1.9。為什么不用這些材料呢?
這些玻璃材料，尤其是火石材料的玻璃，比折射率較低的玻璃更容易吸收藍(lán)光。如果這款鏡頭是用于空中偵察任務(wù)，經(jīng)常會(huì)添加一個(gè)黃色濾鏡來(lái)透過(guò)霧霾，那么高折射率的材料將是首選，因?yàn)檫@樣可以更好的校正像差，而藍(lán)光則不重要。輸入以下命令：
XCOLOR
看看什么顏色的光線能通過(guò)鏡頭，你可以查看下面左邊的圖片。讓折射率上升到1.9，重復(fù)整個(gè)過(guò)程，我們得到了更好的分辨率鏡頭，但是藍(lán)色波長(zhǎng)的光的透過(guò)率更差，如下圖所示。
如果出現(xiàn)這種情況的黃色濾鏡，則說(shuō)明藍(lán)光透過(guò)率低。
我們現(xiàn)在有一個(gè)很好的變焦鏡頭。但我們能做得更好嗎?
我們可能需要更好的分辨率鏡頭，這就需要在插入真正的玻璃材料之前，再次運(yùn)行 AEI 命令。也許我們更喜歡短一點(diǎn)的鏡頭。這要求再次運(yùn)行 ZSEARCH，在 TOTL 上使用不同的設(shè)置。如果我們?cè)诳焖倌Ｊ较逻\(yùn)行更多的循環(huán)會(huì)發(fā)生什么?很可能我們會(huì)得到一組不同的10個(gè)鏡頭。如果關(guān)閉98開(kāi)關(guān)，我們?cè)俅芜\(yùn)行相同的設(shè)置，結(jié)果可能會(huì)有所不同。
從一個(gè)簡(jiǎn)單的方法開(kāi)始，了解什么可行，什么不可行，根據(jù)需要增加復(fù)雜性，SYNOPSYS 為此目的提供了許多強(qiáng)大工具。
