在某個周五的中午。 你的老板跑了進(jìn)來：“客戶希望在星期一早上8點前收到8倍變焦鏡頭”。 你從未設(shè)計過變焦鏡頭。 你的工作不知如何開始？他給你一份設(shè)計清單，然后就出去了。 現(xiàn)在怎么辦？
如果您有一個設(shè)計變焦鏡頭的任務(wù)， 您可以訪問專利數(shù)據(jù)庫并嘗試找到類似的鏡頭。 這可能需要很長的時間。
但是，如果您選擇SYNOPSYS™光學(xué)設(shè)計軟件。 你有一位很好的助手來幫助你快速的完成這項工作。以下是你需要做的。
1.啟動程序。
2.在命令窗口中輸入HELP ZSEARCH。 打開10.7.3節(jié)。
3.閱讀整章。但如果您已經(jīng)知道如何在SYNOPSYS上執(zhí)行其他任務(wù)，那么您就能很好的完成工作。
4.設(shè)置您對ZSEARCH的輸入。 鏡頭F / 3.5，半視場角為14度，GIHT為5毫米。
以下是你的MACro：（L38M1）
LOG ! to keep track of things later
PROJ ! to see how long this run took
CORE 16 ! on our 8-core hyperthreaded PC, it runs 8 times faster
ZSEARCH 3 QUIET ! save results in library location 3
SYSTEM ID ZSEARCH TEST
OBB 0 14 2.85 ! infinite object, 14 degrees semi field, 2.85 mm semi aperture.
! This defines the wide-field object
UNI MM WAVL CDF NOVIG END
GOALS ZOOMS 5
GROUPS 3 3 3 3 ! lens has four groups with 12 elements altogether
ZGROUP 0 Z Z 0 ! and groups 2 and 3 will zoom
FINAL ! declare the desired object at the last zoom position,
! which is the narrow field zoom
OBB 0 1.7545 22.8 ! object is 1.7545 degrees semi field and 22.8 mm semi aperture. ! That implies an 8X zoom.
ZSPACE LIN ! other zoom objects will be linearly spaced between the first and last APS 19 ! put the stop on the first side of the last group RT 0.5
DELAY OFF ! don’t ask to abort other cores
GIHT 5 5 10 ! the image height is 5 mm for all zooms, with a weight of 10. BACK 20 .02 ! the back focus is 20 mm and will vary. A target will be added to the
! merit function with a low weight.
FOV 0 .4 .6 .85 1 ! correct five field points FWT 5 4 3 3 3
COLOR M ! correct all defined colors
ANNEAL 50 10 Q ! anneal the lens as it is optimized in real-ray mode
QUICK 50 100 ! 30 passes in quick mode, 40 in real-ray mode
END
SPECIAL AANT
AAC 30 1 5 ! request a maximum semi aperture on all elements of 30 mm ACA 50 1 1 ! monitor rays to keep away from the critical angle.
END GO ! start ZSEARCH PROJ
變焦鏡頭由四組透鏡組組成，每組有三個透鏡。 在最終的設(shè)計中，第一組將被用于變焦，最后一組將被固定，以滿足鏡頭的F/number。 我們可能需要超過12個鏡片，我們可以向ZSEARCH提出更多要求 - 但如果我們從上述結(jié)構(gòu)開始它會運(yùn)行得更快，然后在需要的時候添加元件。 它可能還需要五個以上的變焦位置 - 但我們從一個簡單的系統(tǒng)開始，后面可根據(jù)需要添加鏡片。
我們運(yùn)行這個 MACro ，并在16個窗口中查看每個內(nèi)核的進(jìn)度。
當(dāng)快速模式完成后，程序會對10個最佳模式進(jìn)行優(yōu)化。大約44分鐘后，我們看到了如下結(jié)果:
只要瀏覽一下評價函數(shù)值，就會發(fā)現(xiàn)其中大多數(shù)結(jié)構(gòu)都是有潛力的。程序已經(jīng)將最好的一個結(jié)構(gòu)加載到PAD顯示中。
這將是我們的初始結(jié)構(gòu)的鏡頭。
該程序為我們創(chuàng)建了一個優(yōu)化MACro，已經(jīng)加載了起始評價函數(shù)和一組變量。 我們運(yùn)行這個宏，評價函數(shù)幾乎不動。 然后我們單擊模擬退火按鈕，將起始溫度更改為50，請求100次通過，然后單擊“確定”。 （當(dāng)鏡頭處在局部最小值時，通常需要更高的溫度，但是當(dāng)你開始新的設(shè)計時，這可能只會減慢速度。）評價函數(shù)現(xiàn)在已降至0.493
通常人們想知道為什么評價函數(shù)不會再降低。 通過輸入FINAL 5來檢查。 這顯示了評價函數(shù)中的五個最大項。
SYNOPSYS AI>FF
FINAL 5
ABERRATION LIST
NAME TARGET WEIGHT RAW VAL. FINAL ERROR R. EFFECT
5 20.0000000 0.0200000 24.2573 0.851455E-01 0.014629
A BACK
6 AAC 30.0000000 1.0000000 ------ 0.157788 0.050240
342 0.0000000 15.4402596 SR 0.0040 0.624556E-01 0.007871
A 1 YC 0.85000 0.12500 -0.12500 0.00000
498 0.0000000 15.4402596 SR 0.0044 0.674752E-01 0.009187
A 1 YC 1.00000 0.12500 -0.12500 0.00000
3046 0.0000000 15.4402596 SR -0.0042 -0.646104E-01 0.008424
A 1 YC 1.00000 0.12500 -0.12500 0.00000 ZOOM 5
SYNOPSYS AI>
我們注意到AAC想要一個大于30毫米的孔徑。 這種像差比其他像差大得多，所以我們應(yīng)該增加控制目標(biāo)。
當(dāng)我們到達(dá)某個階段時，我們可能希望稍后再回到這個階段(如果我們的一些想法沒有像我們希望的那樣成功)，我們單擊頂部工具欄中的ACON copy
按鈕。如果我們開始時的鏡頭是多重結(jié)構(gòu)1，因為它是默認(rèn)的，這將會在備用多重結(jié)構(gòu)2或ACON 2中放置一個副本。然后我們在那個ACON中創(chuàng)建一個檢查點并進(jìn)行更深層次的設(shè)計，還可以通過“1”按鈕
返回到我們想要ACON 1。 我們經(jīng)常以這種方式使用所有六種多重結(jié)構(gòu)。
在AANT文件中，將命令行AAC 30 1 1 更改為AAC 35 1 1
此外，我們希望真正的主光線準(zhǔn)確地到達(dá)表面19的中心，即光闌處，因此我們在CHG文件中將定義更改為APS -19 或使用WorkSheet™。 這需要一個真正的光瞳，這意味著每一個真正的主光線都是通過疊加找到的。
制作一個新的檢查點并運(yùn)行MACro然后再次模擬退火。 評價函數(shù)降至0.386。光扇圖看起來很棒，但很多元件都太薄了。 我們必須再次改變評價函數(shù)。 當(dāng)我們這樣做的時候，我們刪除了定義像差的zoom組選項，這些zoom組較zoom1高。
ZOOM 1
M 0.500000E+01 0.100000E+02 A GIHT
GSR 0.500000 5.000000 4 M 0.000000
GNR 0.500000 4.000000 4 M 0.400000
GNR 0.500000 3.000000 4 M 0.600000
GNR 0.500000 3.000000 4 M 0.850000
GNR 0.500000 3.000000 4 M 1.000000
ZOOM 2 M 0.500000E+01 0.100000E+02 A GIHT
GSR 0.500000 5.000000 4 M 0.000000 GNR
0.500000 4.000000 4 M 0.400000 GNR
0.500000 3.000000 4 M 0.600000 GNR
0.500000 3.000000 4 M 0.850000 GNR
0.500000 3.000000 4 M 1.000000
然后我們修改zoom 1的要求，所以它們應(yīng)用于所有的變焦組�，F(xiàn)在，如果我們想改變某個地方的權(quán)重，它將應(yīng)用于所有變焦組。
ZGROUP ALL
M 0.500000E+01 0.100000E+02 A GIHT
GSR 0.500000 5.000000 4 M 0.000000
GNR 0.500000 4.000000 4 M 0.400000
GNR 0.500000 3.000000 4 M 0.600000
GNR 0.500000 3.000000 4 M 0.850000
GNR 0.500000 3.000000 4 M 1.000000 END
END
除了終止AANT文件的END之外，ZGROUP指令還需要自己的END來終止組。 最后，我們在ZGROUP命令行之前添加一個新的探測器ADT 8 1 1，以控制元件厚度，并重新優(yōu)化和模擬退火。
現(xiàn)在我們擁有一個相當(dāng)不錯的鏡頭，有12個鏡片。
我們猜測鏡片1和3處的元件可以合并為一個元件。我們可以進(jìn)行如下嘗試。
AED 9 QUIET 1 24
VLIST GLM ALL
在PANT命令之前創(chuàng)建一個檢查點，然后添加如下命令
AED 9 QUIET 1 24
再次運(yùn)行MACro，該程序想要刪除表面7處的元件！讓我們更改PANT文件，注釋掉AED行，刪除所有GLM變量并用如下命令行替換它們
VLIST GLM ALL
然后重新優(yōu)化并模擬退火，評價函數(shù)現(xiàn)在更大，為0.585。讓我們看看添加AEI命令行是否會改善它。
AEI遵從CORE指令，如果CORE指令被激活，您將能調(diào)用電腦里所有的內(nèi)核。 您可以在PAD顯示器中觀察它們的進(jìn)度，但由于我們已經(jīng)激活了16核，因此您只能看到1/16的狀態(tài)（除了顯示的狀態(tài)窗口外，其他核不會更新顯示）。
AEI 9 1 123 0 0 0 50 10
在PANT指令之前添加AEI 9 1 123 0 0 0 50 10并再次運(yùn)行它。
該程序在表面19添加了一個元件。注釋掉AEI命令行并繼續(xù)優(yōu)化。評價函數(shù)降至0.408。 現(xiàn)在我們的鏡頭如下：
ACM 3 1 1
我們注意到有些鏡片邊緣很薄; 我們將AEC命令行更改為AEC 2 1 1。
這將對任何厚度小于2毫米的邊緣進(jìn)行優(yōu)化。
此外，由于某些元件相當(dāng)薄，因此在AANT文件中添加一個命令行：ACM 3 1 1
這將對任何厚度小于3毫米的厚度進(jìn)行優(yōu)化。 再次優(yōu)化和模擬退火，評價函數(shù)現(xiàn)在為0.434。 （向評價函數(shù)添加任何新內(nèi)容通常會使值上升。）我們?nèi)匀粦岩稍?可以被刪除，所以我們再次運(yùn)行AED。 結(jié)果顯示為表面5。所以我們讓它刪除該元件并再次優(yōu)化。 現(xiàn)在評價函數(shù)為0.451，我們再次運(yùn)行AEI。 程序在曲面7處添加元件，評價函數(shù)降至0.35。 這是一個非常好的鏡頭。
是時候檢查一下了。 我們點擊每個Zoombar 右邊的按鈕來檢查我們5個變焦鏡頭的圖像質(zhì)量......
變焦鏡頭變焦時，鏡片不會發(fā)生重疊，并且沒有羽狀邊緣。 ZSEARCH添加到MACro的AZA監(jiān)視器會自動處理這些問題。
CAM OPT
這是一個有五個變焦位置的好變焦鏡頭。 變焦時候會發(fā)生什么？ 我們必須找出答案。 鏡頭很可能在某處得不到很好的修正，我們將不得不添加更多的變焦鏡片組。 首先，我們需要一個凸輪曲線，它可以讓我們在兩個點之間插入定義的變焦鏡頭。 輸入 CAM OPT 程序找到變焦鏡頭數(shù)據(jù)的冪級數(shù)展開的最佳指數(shù)，該鏡頭數(shù)據(jù)在定義的變焦鏡頭之間平滑地插值。 但是曲線只在五個定義的變焦處產(chǎn)生一個對焦圖像，因為它還沒有接收到其他的設(shè)置。
要查看此信息，請運(yùn)行鏡頭滑塊（單擊ZoomBar™底部的按鈕
）。你會看到圖像在幾個地方離焦。 我們需要更多的變焦組。 鍵入 CAM 10 SET。
我們定義10個變焦組，我們的MACro將自動改變并控制它們。 （這就是為什么我們改為ZGROUP的原因：現(xiàn)在我們不必在新的變焦組中聲明光線的定義。）
制作一個新的檢查點，然后再次運(yùn)行MACro并模擬退火。 （請務(wù)必先注釋掉AEI命令行。）變焦組1看起來大致相同。
CAM 15 SET
再次運(yùn)行CAM OPT，然后運(yùn)行鏡頭滑塊。 除了在變焦10之前，焦點突然改變，結(jié)果看起來不錯。我們需要更多的變焦組。 請鍵入CAM 15 SET
并重新優(yōu)化。 然后再次運(yùn)行CAM OPT。 程序?qū)⒃俅握业剿凶兘?span onclick="sendmsg('pw_ajax.php','action=relatetag&tagname=參數(shù)',this.id)" style="cursor:pointer;border-bottom: 1px solid #FA891B;" id="rlt_3">參數(shù)的最佳擬合多項式并展開，用于在運(yùn)行變焦滑塊時生成中間位置。 通常，這可以在范圍內(nèi)進(jìn)行平滑變焦。 我們可以通過設(shè)置三次多項式來獲得更好的結(jié)果。
打開WS并單擊ZFILE按鈕
。這會將變焦鏡頭加載到編輯窗格中。 在顯示的位置鍵入CUBIC，然后單擊“Update”按鈕。 現(xiàn)在再次嘗試滑塊。
也可以將給定的變焦鏡頭組聲明為多項式展開的聚焦組，兩者同時使用也是明智的。 （這是變焦鏡頭制造商在實踐中所做的事情：移動一組并重新聚焦另一組，然后標(biāo)記位置并相應(yīng)地切割凸輪曲線。）有關(guān)詳細(xì)信息，請參閱ZFILE下的幫助文件。
性能在變焦范圍內(nèi)非常平滑。結(jié)果如下:
我們可以使用MSF對話框檢查光點大小。
將比例更改為50 um，然后單擊“確定”。 圖像非常好。 （如果你需要更好的像質(zhì)，你可以再次運(yùn)行AEI。）但是你很快就會發(fā)現(xiàn)添加另一個元件的好處會隨著元件數(shù)量的增加而下降。 這是有道理的：向雙片式透鏡添加元件會使變量數(shù)增加50％。 在10個鏡片的鏡頭中添加一個鏡片會使變量數(shù)增加10％，依此類推。
我們必須用真正的玻璃替換模型玻璃。 輸入HELP ARGLASS您可以了解更多功能。
保存這個鏡頭，以便我們可以在必要時再次打開。 單擊頂部工具欄中的按鈕 
，將保存鏡頭，其名稱取自當(dāng)前記錄編號。 ZSEARCH已經(jīng)為您的MACro添加了一個記錄命令，因此每次運(yùn)行都會增加這個數(shù)字。 這樣，只要您想獲得以往的版本，只需單擊該按鈕即可保存。
您可以從對話框MRG運(yùn)行ARGLASS功能。（如果您更改了ACONs，請確保在當(dāng)前ACON中再次運(yùn)行優(yōu)化; ARGLASS使用相同的設(shè)置。）鍵入該命令并填寫如下數(shù)據(jù)：
選擇Ohara目錄，QUIET，PREFERRED，SORT，單擊OK， 插入玻璃時，評價函數(shù)下降了！重復(fù)優(yōu)化具有類似于模擬退火的效果。我們的鏡頭如下：
我們還需進(jìn)行如下操作:
1.運(yùn)行CAM ZMAG 0.125。 當(dāng)您更改變焦組數(shù)量時，程序會根據(jù)之前的曲線重新調(diào)整所有數(shù)據(jù)，這只是一個近似值;重新命名的對象定義可能不完全符合原始的鏡頭比例規(guī)范。這會把以前的數(shù)據(jù)清理干凈。
2再次優(yōu)化。
現(xiàn)在鏡頭只發(fā)生了輕微的變化，滑塊顯示了整個范圍內(nèi)的良好圖像。
M 141 .01 A SECTION FOCL 1 6.
如果這是一個真實的鏡頭，我們就必須確保調(diào)整元件1和2的位置對于范圍聚焦是有效的。首先，估計你需要的那個變焦組的焦距。例如，通過移動一個物體，比如20毫米，使其聚焦在1米上，這個物體的焦距必須是141毫米。如何得到這個圖像?利用透鏡的牛頓公式，S1S2= F2 插入1000和20，F(xiàn)計算出為141.42mm。因此，在ZSEARCH SPECIAL AANT部分添加一項要求。
M 141 .01 A SECTION FOCL 1 6.
然后設(shè)置一個最佳匹配的多重結(jié)構(gòu)，物距在1000毫米，厚度6可以自由變化，同時對兩者進(jìn)行優(yōu)化。請詳細(xì)閱讀手冊中的ACON。
保存這個鏡頭，然后更改為10個變焦組(通過CAM 10 SET)，這樣我們可以在一個圖片里看到10個變焦組的情況。
輸入ZDWG .25來查看10個變焦組的圖片。
這對于本課來說結(jié)果已經(jīng)足夠好了。如果鏡頭仍然不夠好，那么多次運(yùn)行AEI將對結(jié)果有所幫助。
