在某個(gè)周五的中午。您的老板跑了進(jìn)來：“客戶希望在星期一早上8點(diǎn)前收到 8 倍變焦鏡頭”。您從未設(shè)計(jì)過變焦鏡頭。您的工作不知如何開始？他給您一份設(shè)計(jì)清單，然后就出去了。現(xiàn)在怎么辦？

如果您有一個(gè)設(shè)計(jì)變焦鏡頭的任務(wù)，您可以訪問專利數(shù)據(jù)庫(kù)并嘗試找到類似的鏡頭。這可能需要很長(zhǎng)的時(shí)間。

但是，如果您選擇 SYNOPSYS? 光學(xué)設(shè)計(jì)軟件,您將有一位很好的助手來幫助您快速的完成這項(xiàng)工作。以下是您需要做的。

1.啟動(dòng)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(duì) ZSEARCH 的輸入。鏡頭 F / 3.5，半視場(chǎng)角為 14 度，像高（GIHT）為 5 毫米。

以下是您的 MACro：（C42M1.MAC）

LOG                       ! 以備日后追跡

PROJ                      ! 來看看這次運(yùn)行花了多長(zhǎng)時(shí)間

CORE 16                  ! 在我們的8核超線程電腦上，它的運(yùn)行速度是原來的8倍ZSEARCH 3 QUIET         ! 將結(jié)果保存在鏡頭庫(kù)位置3

SYSTEM ID ZSEARCH TEST

OBB 0 14 2.85          ! 無限遠(yuǎn)的物體，14度的半場(chǎng)，2.85毫米的半光圈。

UNI MM

WAVL CDF

NOVIG

END

GOALS ZOOMS 5

GROUPS 3 3 3 3           ! 鏡頭有四組，共12個(gè)元件

ZGROUP 0 Z Z 0           ! 第2組和第3組將被放大

FINAL                      ! 在最后的變焦位置聲明所需的物方參數(shù)

OBB 0 1.7545 22.8        ! 物方參數(shù)是1.7545度的半場(chǎng)和22.8毫米的半孔徑

                            ! 這意味著有8倍的變焦。.

ZSPACE LIN            !其他變焦物方將在第一和最后一個(gè)變焦物方之間保持線性間隔

APS 19                     ! 將光闌放在最后一組的第一面

RT 0.5

DELAY OFF                  ! 不要要求中止其他核心的工作

GIHT 5 5 10                   ! 所有變焦的像高為5毫米，權(quán)重為10。

BACK 20 .02                 ! 后焦是20毫米，會(huì)有變化。

FOV 0 .4 .6 .85 1           ! 正確的五個(gè)視場(chǎng)點(diǎn)

FWT 5 4 3 3 3

COLOR M                     ! 定義所有波長(zhǎng)

ANNEAL 50 10  Q             ! 退火，因?yàn)樗窃谡鎸?shí)模式下進(jìn)行優(yōu)化的鏡頭

QUICK 50 100                ! 快速模式下50次，真實(shí)模式下100次

END

SPECIAL AANT

AAC 30 1 5                   ! 要求所有元件的最大半孔徑為30毫米

ACA 50 1 1                   ! 監(jiān)視器的光線要遠(yuǎn)離臨界角

END

GO                           ! 啟動(dòng)ZSEARCH

變焦鏡頭由四組透鏡組組成，每組有三個(gè)透鏡。在最終的設(shè)計(jì)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(gè)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(huì)運(yùn)行得更快，然后在需要的時(shí)候添加元件。它可能還需要五個(gè)以上的變焦位置 - 但我們從一個(gè)簡(jiǎn)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(gè) MACro ，并在 16 個(gè)窗口中查看每個(gè)內(nèi)核的進(jìn)度。     

當(dāng)快速模式完成后，程序會(huì)對(duì) 10 個(gè)最佳模式進(jìn)行優(yōu)化。大約一個(gè)小時(shí)后，我們看到了如下結(jié)果:

只要瀏覽一下評(píng)價(jià)函數(shù)值，就會(huì)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(gè)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?yàn)槲覀儎?chuàng)建了一個(gè)優(yōu)化 MACro，已經(jīng)加載了起始評(píng)價(jià)函數(shù)和一組變量。我們運(yùn)行這個(gè)宏，評(píng)價(jià)函數(shù)幾乎不動(dòng)。然后我們單擊模擬退火按鈕，將起始溫度更改為 50，請(qǐng)求 100 次通過，然后單擊“確定”。（當(dāng)鏡頭處在局部最小值時(shí)，通常需要更高的溫度，但是當(dāng)您開始新的設(shè)計(jì)時(shí)，這可能只會(huì)減慢速度。）評(píng)價(jià)函數(shù)現(xiàn)在已降至 4.68

通常人們想知道為什么評(píng)價(jià)函數(shù)不會(huì)再降低。通過輸入 FINAL 5 來檢查。這顯示了評(píng)價(jià)函數(shù)中的五個(gè)最大項(xiàng)。

我們注意到 AAC 想要一個(gè)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(gè)階段時(shí)，我們可能希望稍后再回到這個(gè)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(shí)的鏡頭是多重結(jié)構(gòu) 1，因?yàn)樗悄J(rèn)的，這將會(huì)在備用多重結(jié)構(gòu) 2 或 ACON 2 中放置一個(gè)副本。然后我們?cè)谀莻€(gè) ACON 中創(chuàng)建一個(gè)檢查點(diǎn)并進(jìn)行更深層次的設(shè)計(jì)，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?cè)?CHG 文件中將定義更改為 APS -19 或使用 WorkSheet?。這需要一個(gè)真正的光瞳，這意味著每一個(gè)真正的主光線都是通過疊加找到的。

制作一個(gè)新的檢查點(diǎn)并運(yùn)行 MACro 然后再次模擬退火。評(píng)價(jià)函數(shù)降至 4.37。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?cè)u(píng)價(jià)函數(shù)。當(dāng)我們這樣做的時(shí)候，我們刪除了定義像差的 zoom 組選項(xiàng)，這些 zoom 組相比 zoom 1較高。

 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。現(xiàn)在，如果我們想改變某個(gè)地方的權(quán)重，它將應(yīng)用于所有變焦組。

 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?cè)?ZGROUP 命令行之前添加一個(gè)新的探測(cè)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(gè)相當(dāng)不錯(cuò)的鏡頭，有 12 個(gè)鏡片。
我們猜測(cè)鏡片 1 和 3 處的元件可以合并為一個(gè)元件。我們可以進(jìn)行如下嘗試。

在 PANT 命令之前創(chuàng)建一個(gè)檢查點(diǎn)，然后添加如下命令 AED 9 QUIET 1 24

再次運(yùn)行 MACro，該程序想要?jiǎng)h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(píng)價(jià)函數(shù)現(xiàn)在更大，為 8.39。讓我們看看添加 AEI 命令行是否會(huì)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(huì)更新顯示）。

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(gè)元件。注釋掉 AEI 命令行并繼續(xù)優(yōu)化。評(píng)價(jià)函數(shù)變?yōu)?4.9。

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(duì)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(gè)命令行：ACM 3 1 1

這將對(duì)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(píng)價(jià)函數(shù)現(xiàn)在為 5.56。（向評(píng)價(jià)函數(shù)添加任何新內(nèi)容通常會(huì)使值上升。）

我們?nèi)匀煌茰y(cè)元件 1 可以被刪除，所以我們?cè)俅芜\(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(píng)價(jià)函數(shù) 6.54，我們?cè)俅芜\(yùn)行 AEI。程序在曲面 7 處添加元件，評(píng)價(jià)函數(shù)降至 5.62。

是時(shí)候檢查一下了。我們點(diǎn)擊每個(gè) zoom 右邊的按鈕來檢查我們 5 個(gè)變焦鏡頭的像質(zhì)......

變焦鏡頭變焦時(shí)，鏡片不會(huì)發(fā)生重疊，并且沒有羽化邊緣。ZSEARCH 添加到 MACro 的 AZA 監(jiān)視器會(huì)自動(dòng)處理這些問題。

CAM OPT

這是一個(gè)有五個(gè)變焦位置的良好變焦鏡頭。變焦時(shí)候會(huì)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(gè)凸輪曲線，它可以讓我們?cè)趦蓚€(gè)點(diǎn)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(jí)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(gè)定義的變焦處產(chǎn)生一個(gè)對(duì)焦圖像，因?yàn)樗€沒有接收到其他的設(shè)置。

要查看此信息，請(qǐng)運(yùn)行鏡頭滑塊（單擊 ZoomBar? 底部的按鈕）。您會(huì)看到圖像在幾個(gè)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(gè)變焦組，我們的 MACro 將自動(dòng)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(gè)新的檢查點(diǎn)，然后再次運(yùn)行 MACro 并模擬退火。（請(qǐng)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(diǎn)突然改變，結(jié)果看起來不錯(cuò)。我們需要更多的變焦組。請(qǐng)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凶兘箙?shù)的最佳擬合多項(xiàng)式并展開，用于在運(yùn)行變焦滑塊時(shí)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(xiàng)式來獲得更好的結(jié)果。

打開 WS 并單擊 ZFILE 按鈕。這會(huì)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“更新”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(xiàng)式展開的聚焦組，兩者同時(shí)使用也是明智的。（這是變焦鏡頭制造商在實(shí)踐中所做的事情：移動(dòng)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(qǐng)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(duì)話框檢查光斑大小。

將比例更改為 50 um，然后單擊“確定”。像非常好。（如果您需要更好的像質(zhì)，您可以再次運(yùn)行AEI。）但是您很快就會(huì)發(fā)現(xiàn)添加另一個(gè)元件的好處：像差會(huì)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(huì)使變量數(shù)增加50％。在 10 個(gè)鏡片的鏡頭中添加一個(gè)鏡片會(huì)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(gè)鏡頭，以便我們可以在必要時(shí)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(hào)。ZSEARCH 已經(jīng)為您的 MACro 添加了一個(gè)記錄命令，因此每次運(yùn)行都會(huì)增加這個(gè)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(duì)話框 MRG 運(yùn)行 ARGLASS 功能。（如果您更改了 ACONs，請(qǐng)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，安靜，優(yōu)先選擇，SORT，單擊 OK， 插入玻璃時(shí)，評(píng)價(jià)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(shí)，程序會(huì)根據(jù)之前的曲線重新調(diào)整所有數(shù)據(jù)，這只是一個(gè)近似值;重新命名的對(duì)象定義可能不完全符合原始的鏡頭比例規(guī)范。這會(huì)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(gè)范圍內(nèi)的良好圖像。

如果這是一個(gè)真實(shí)的鏡頭，我們就必須確保調(diào)整元件1和2的位置對(duì)于范圍聚焦是有效的。首先，估計(jì)您需要的那個(gè)變焦組的焦距。例如，通過移動(dòng)一個(gè)物體，比如 20 毫米，使其聚焦在 1 米處，這個(gè)物體的焦距必須是 141 毫米。如何得到這個(gè)圖像?利用透鏡的牛頓公式，S1*S2= F2 插入 1000 和 20，F(xiàn)計(jì)算出為141.42mm。因此，在 ZSEARCH SPECIAL AANT部分添加一項(xiàng)要求。

   M 141 .01 A SECTION FOCL 1 6.

然后設(shè)置一個(gè)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(shí)對(duì)兩者進(jìn)行優(yōu)化。請(qǐng)?jiān)敿?xì)閱讀手冊(cè)中的ACON。

保存這個(gè)鏡頭，然后更改為10個(gè)變焦組(通過CAM 10 SET)，這樣我們可以在一個(gè)圖片里看到10個(gè)變焦組的情況。

輸入ZDWG .25來查看10個(gè)變焦組的圖片。

如果鏡頭仍然不夠好，那么多次運(yùn)行AEI將對(duì)結(jié)果有所幫助。