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每天一例 | 改进 Petzval(佩兹伐)透镜

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最快的优化算法

SYNOPSYS™光学设计软件


     
概述

设计一个衍射限制的相机:

典型的Petzval 相机设计,是一种由两个分离的正群组透镜组成的 照相机镜头(如下图),原始设计要求要包含 8 片透镜,但是因 为我们比较喜欢挑战,所以我们将会试图设计一个只含有 7 片透 镜的设计。

一个更常见的问题是如何正确地识别商用玻璃类型的名称。这两个程序有广泛的玻璃库 ,但名字经常不同。因此,在导入.zmx 文件之后,最常见的用户任务是编辑 RLE文件并 插入正确的glass 名称。一个例子将说明其中一些问题。


设计要求

13 英寸的焦距

F/3.5.

视场角为±6 度

光谱范围为 0.7–0.52 μm

总长度为 17.06 英寸

后焦距为 0.7 英寸


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参考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》第38章


Dsearch优化

点击 打开C38M1,点击 

运行DSEARCH_OPT.MAC,点击 

点击 模拟退火(50,2,50),结果如下:


ARGLASS 插入真实玻璃

这片透镜十分的卓越,几乎没有二次色差。注意表面三上的冕牌玻璃材料透镜。这个程序总是会找到这种减少二次色差的好办法。接下来,我们将要使用 ARGLASS 插入真实玻璃。(首先保存镜头)打开MRG 对话框 ,选择“Schott” 和“Sort”然后透镜就会重新回到存在过多二次色差的状态。这个程序将会通过 寻找与真实玻璃最相近的玻璃模型匹配玻璃然后优化结果。这经常很有效果。


GESEARCH

让我们来看看 GESEARCH 能做些什么。回到保存的视图,将优化程序 MACro 保存为 GSOPT.MAC,然后准备另一个 MACro:

在多次的优化和退火后得到的结果


GESEARCH结果

当运行GSEARCH 时,它会尝试好几个目录,因为结果依赖于哪种玻璃最接近于透镜中的 GLMs,当然两者是不同的。打开MMF 对话框(MMF),选“Multicolor”,然后点击 “Execute”。这片透镜的MTF曲线见图。这片透镜的表现很明显比起先的 Petzval 的设 计要好,而且只使用了7片透镜——这已经足够了。


总结

DSEARCH 回到了一个不同的设计——但是当真实玻璃插入到GSEARCH 后, 透镜的质量就不再像原来那样的好了。这种情况发生了。我们期望至少部分的玻璃模型在合适的属性上和真实玻璃十分接近,但是这并不能保证上 述情况不会发生。但是仍然还是有另一个办法想 DSEARCH 描述任务而且 值得一试。另一种尝试的办法是向RSTART 赋予一个与设定的 100 英寸不同的值。这同样会探索设计树的不同分支。

在准备这一步骤时,我们尝试了好几种参数组合包括 RT,ASTART 和 RSTART。每一种都得到了不同的结果,其中大多数都在 1/4 波长区域内, 也有一些不在这个区域内。这个是我们一直在追寻的任务的本质。正如 Kingslake 所说,“我尝试了所有…”我们的算法总是可以找到最好的结 果固然是好事, 但是我们还没能做到这个地步。然而,我们所有的工具都 已经让人印象深刻,即使考虑到它们的局限性。我们正在虚拟一个非常大 且枝繁叶茂的设计树, 这些工具可以在绝大多数的情况下找到一个完美的 设计。我们很好奇如果我们要求 DSEARCH 设计一个六片式透镜。它可以 做的更好吗?您可以自己去尝试。

来源:武汉墨光
光学材料SYNOPSYS光学仪器
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2022-11-12
最近编辑:2年前
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