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    [原创]SYNOPSYS 光学设计软件课程四十一:设计一个超广角的镜头 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-09-14
    如何使用 DSEARCH 设计广角镜头。 如果在 DSEARCH 文件的 SYSTEM 部分中输入广角的规格,则很可能没有任何可以实现的初始结构,原因很简单,光线无法通过。DSEARCH可以纠正某些光线故障,但通常无法优化此类系统 +5I'? _{V  
    KaS*LDzw  
    在这种情况下,有一个相当简单的方法可以很好地实现:首先画出一个前端,将光束转换成一个角度较小的光束,然后从那里开始,用 USE CURRENT 声明该部分。下面是一个例子: Cg%Owe/E?0  
    2hso6Oy/v{  
    我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头,F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先,我们必须创建一个可追迹的前端。 DfU= i'R  
    我们从一个含两个镜片组的简单系统开始,并指定用于广角的物体类型 OBD,并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始,比如50度,然后,使用 WorkSheet™ 滑块,给元件一些负的光焦度,并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时,增加 OBD 视场角,以这种方式继续,直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分: kP/<S<h,g  
    GVu[X?q@|  
    D5({&.X[-  
    .fhfb\$  
    D| <_96_m  
    镜头文件: YlT&.G  
    RLE F(Zf=$cx  
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH g.blDOmlc  
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 O"kb*//  
    APS               5 ?(Tin80=r  
    UNITS MM J%B/(v`  
    OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 JUj.:n2e  
    ^!i4d))  
       0 AIR i `p1e5$  
    0    CV  1.0000000000000E-09 AIR BB9eQ: xO  
    1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000   )*6  
    1    GLM      1.50000000             55.00000000 g:xg ~H2  
    2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR 5-k gGOt  
    3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 f%1\1_^g  
    3    GLM      1.50000000             55.00000000 Anpp`>}N  
    4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     trjeGSt&  
    5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR |+JO]J#bc  
    END J7oj@Or9  
    Zn40NKYc  
    光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 F7w\ctUP  
    Z+EZ</'(a  
    CORE 16 w S?Kc^2O  
    DSEARCH 2 QUIET ;;rx)|\<R  
    USE CURRENT 5 ALL {~R?f$}""j  
    z.\\m;s  
    GOALS VPuo!H  
    ELEMENTS 5 >Di`zw~  
    FNUM 2 1 8tf>G(I{  
    BACK 10 SET &e3}Vop  
    STOP MIDDLE 1:M'|uc  
    STOP FREE K4E2W9h  
    ASPH Q U HTxNK@}  
    ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 kB5y}v.3 S  
    FOV .2 .4 .6 .8 1 z#|Auc0  
    DELAY OFF hH-!3S2'  
    NGRID 6 >Wx9a"H^(  
    SNAP 10 .YH#+T'  
    PLASTIC 5 7 9 11 13 wv\"(e7(  
    !QUICK 30 40  r3OtQ  
    ANNEAL 50 10 Q Xkx&'/QG,U  
    NPASS 50 ,1!Y!,xy  
    END qJK9C `T%  
    SPECIAL AANT qz Hsqlof  
    ACC 10 1 1 k\/es1jOEh  
    ACA 70 1 10 |a /cw"  
    LUL 90 .1 1 A TOTL Uvi@HB HJ  
    END LV0gw"  
    GO P@n rcgM.  
    Rf>V]R  
    p<Tg}fg  
    B VH)!]m0  
    在此案例中,我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离:如果您只是给出一个距离,例如 BACK 10,程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子(例如BACK 10 100),则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值,在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在,程序将简单地将后焦距设置为输入值,在这种情况下为10,并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计,这通常是一个很好的选择,特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 .{bT9Sc5  
    ?;(!(<{  
    要求最大元件厚度为10毫米,总长度小于90毫米,以保持合理。 此外,我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则,对于像这样的大角度,可以在全视场获得掠入射光线,由于膜层问题,这是不切实际的。 i!JSEQ_8  
    @Xh8kvc81  
    请注意,在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 /J c^XWf  
    Po\+zZjo  
    最后一点:我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做,程序将通过 UMC 求解来控制 F /number,并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样,对于这样复杂的设计,我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重,程序将最后一个面的曲率视为变量,并控制 AANT 文件中的 F /number,而不是曲率求解。 B%))HLo'  
    @8:c3 (!  
    好的,我们的输入已准备就绪,因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果: YY7dw:>e/  
    [5M!'  
    K7(GdKZe  
    X.q#ZpK  
    eUgKwu;  
    DSEARCH 发现了10种最佳设计,其中大多数非常好。 m{lS-DlRg  
    -W})<{End  
    现在需要进一步改进设计。运行 DSEARCH 产生的优化 MACro,镜头的性能变化很小。 AI9=?X<kh  
    ]i `~J  
    现在必须检查视场的像质。 在 PAD 中,单击PAD工具栏中的“扫描”按钮,然后观察到靠近曲面9的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中,我们必须控制它。 #0#6eT{-  
    8jLO-^X<<  
    由于我们改变了 YP0 的数量,目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果,但是现在我们必须把它放在那里。在 WS 编辑窗格中,我们输入 NB(  GE  
    APS -9 RzLeR%O  
    CSTOP A v/y  
    WAP 2 q^@*k,HG  
    来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1,修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 Lr"`OzDz  
    1'k,P;s  
    (t,|FkVLV  
    *iPBpEWC  
    IY(;:#l  
    让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框,选择U目录(仅匹配塑胶材料),QUIET,SORT,然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 :ZM=P3QZ  
    ,qdZ6bv,]|  
    Ye  >+  
    J+hifO  
    将继续优化镜头,不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料,因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 (1Jc-`  
    . ve a[  
    这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料,再次优化和模拟退火。 G#'G9/Tm  
    AIA4c"w.EO  
    再次运行 MRG,这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件,即玻璃,而不是塑胶。设计与以前一样好,如图6所示。(L41L1) pSpxd |k  
    {UhpN"'"n  
    &23t/`   
    2&F  H8  
    `M_w^&6+n  
    2-"`%rE  
    让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框,选择“视觉外观”,放大设置为5,然后单击“执行”。结果,在图8中,在整个视场上几乎是完美的。 cn_*,\}  
    FvBnmYn W  
    h&b s`  
    6~8dMy;w  
    !t&C,@Ox  
    <L3ig%#B  
    对于那些可能想要进一步评估此镜头的人,RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 twPD'X!r  
    RLE 6wyhL-{:  
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 xn7bb[g;  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           jouT9~[L'  
    FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' 7I{rhA  
    MERIT   0.617523E-03 Ymg,NkiP0  
    LOG        4 gAy"W$F  
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 X.ZY1vO  
    APS              -9 ~NO'8 Mr  
    CSTOP "I[u D)$  
    WAP                2 V"sm+0J  
    UNITS MM   7!8R)m^1[  
    OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         TJ(vq]|&  
    6J\A%i  
       0 AIR \YF'qWB  
       0 CV  1.0000000000000E-09 AIR ]B-3Lh  
       1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 T4"*w  
       1 GLM      1.582541321             69.489424800 YR68'Sft[  
       2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR t3aDDu  
       3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 +0n,>eDjg^  
       3 GLM      1.862101561             32.759137271 dv \aP  
       4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR `[.4SIah  
       5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 xy<)zKp  
       5 CC     15.35107422 Jd/XEs?<q  
       5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 CLY>M`%?+p  
       5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 3=kw{r[2lM  
       5 CTE   0.650000E-05 !X/O1PM|  
       5 GTB U    'AD-5503         ' * n>YS  
       5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 N< 7  
       5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 14rX:z  
       5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 17;qJ_T)  
       5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 gS ^Y?  
       5 PLASTIC o_%gFV[q  
       6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR =doOt 7Rj  
       6 CC     -1.63833609 % KmhR2v  
       6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^o6&|q  
       6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 F%e5j9X`  
       6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 n%:&N   
       6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #jR1ti)p  
       7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 Ng<oz*>U  
       7 CC     -3.18613168 H=7Nh6v  
       7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 -Mufo.Jz1o  
       7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 }h_= n>  
       7 CTE   0.600000E-04 -#"7F:N1  
       7 GTB U    'ZEON480R        ' Z"g6z#L&  
       7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 bmGtYv  
       7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 AoN |&o  
       7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7W\aX*]  
       7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 E,:E u<  
       7 PLASTIC u}IQ)Ma  
       8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR sBm/9vu  
       8 CC     -0.98132904 WCZeY?_^c  
       8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 RkXW(T`  
       8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 N"o+;yR  
       8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Q?TXM1Bp  
       8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 8 n)3'ok  
       9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 gpzZs<ST  
       9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 )Aa  h  
       9 CC     -5.54999790 5!^DKyw:  
       9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 *%`jcF  
       9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 7`Bwo*Y  
       9 CTE   0.600000E-04 ?513A>U  
       9 GTB U    'ZEON480R        ' /:@X<  
       9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |9cSG),z  
       9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Gf1O7L1rX  
       9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 66shr  
       9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `tZ`a  
       9 PLASTIC "jG-)k`a  
       10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR 04cNi~@m  
       10 CC      0.92206943 ~`Xu 6+1o  
       10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ac??lHtH9  
    10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8 |iMD1  
       10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0vm}[a4+i;  
       10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 >On"BP# U  
       11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 [E/}-m6g  
       11 CC     -0.42284721 ^L;k  
       11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 v"a.%" oN8  
       11 CTE   0.720000E-04 gR:21*&cz  
       11 GTB U    'OKP4            ' !2Q>   
       11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ; 0`p"T0  
       11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 a2N4Jg@  
    11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 koAM",5D  
       11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 fnm:Wa|,%|  
       11 PLASTIC xg2 &  
       12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR bP,_H  
       12 CC    -21.87743665 E)7ODRVbl  
       12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 :},/ D*v  
       12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 F"M$ "rC]  
       12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !%{s[eO\  
       12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 3V`.<  
       13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 hu+% X.F4  
       13 CC     -2.93101390 pe1_E KU  
       13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 oPA [vY  
       13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 19t'  
       13 CTE   0.600000E-04 8^Ov.$rP  
       13 GTB U    'ZEON480R        ' az2CFd^M  
       13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 {Q la4U  
    13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 a \PvRW*I  
    13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 SZ m)`r\A  
       13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 c_r&)8  
       13 PLASTIC W^^}-9  
       14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR  !bi}9w  
       14 CC     16.95417460 zUhJr$N$  
       14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 XiB]I5(hcc  
       14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 g6. =(je  
       14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 aab?hR  
       14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 s*B-|  
       15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR @GiR~bKZ  
    END 4U*uH  
    HjFY >(e  
    另一种广角镜头: k5@_8Rc  
    在本章的第一部分中,我们观察到,超过90度的输入角需要一个定制的前端,其目的是将主射线的角度减小到一个更易于控制的值,以便光线能够通过。但如果这个领域的角度小于90度,工作就简单多了。 tyLR_@i%%  
    <C'S#5,2  
    点击打开 C45M2,我们使用 DSEARCH 本身,没有添加前端,并指定广角校正参数(WAC)为50度,此镜头的最大视场角为86度而不是92.4度
     Dy[ YL  
    |e@Bi#M[  
    Nh[{B{k  
    (Q$]X5L  
    本例中,搜索统计显示,待分析的128例中,共有59例由于光线追迹失败而跳过。如果在不带WAC参数的情况下运行这个宏,程序将跳过128种情况中的125种。不要跳过用例总是一个好主意,因为有希望的配置可能会被错过。当你用 DSEARCH 搜索最佳镜头设计时,WAC参数是你可以尝试的另一个参数。 .ZxH#l _  
    H?=D,  
    镜头仍然需要额外的工作,正如之前所做的,但重点是,有了这个稍微减少的视场角,工作更简单,不需要像我们上面做的那样对前端元素进行初步的计算。 oEWx9c{~$  
    ?Ze3t5Ll  
    在本练习中我们没有使用曲率或厚度求解,因为超广角镜头的常见问题是试图避免光线追迹失败。虽然使用解在数学上具有完美的意义,但它们可能会导致这种镜头出现问题。 此外,在设计基本完成之前,我们没有使用真正的光瞳。 真实光瞳搜索功能是强大的但不可靠,并且利用这种大角度光线和非球面系数,很容易没有解。所有这些都可以通过使用无瞳设计来避免,直到设计形状良好后再确定光瞳。 !I? J^0T  
    ,j('QvavJ  
    除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外,您还可以尝试其他方案。
     
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