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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 =JfSg'7  
    }WEF *4B!  
    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: s[#ww =T\  
    d^Zr I\AJ  
    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。 G~KYFNHr  
    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: fm&pxQjg  
    l|5;&(Y+s  
    \I #}R4z  
    *1CZRfWI  
    0=V -{  
    镜头文件: d{:0R9  
    RLE |7%#z~rT  
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH i'`[dwfS  
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 R/?ZbMn]!  
    APS               5 lq }g*ih  
    UNITS MM G2 !J`}  
    OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887  Or,W2  
    \cW9"e'  
       0 AIR q@Oe}  
    0    CV  1.0000000000000E-09 AIR ayh= @7*  
    1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 l&oc/$&|[  
    1    GLM      1.50000000             55.00000000 J3,m{%EtNM  
    2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR s|d"2w6t  
    3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 ! ,&{1p  
    3    GLM      1.50000000             55.00000000 E>Lgf&R#W  
    4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     ,@0D_&JAl  
    5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR \TnRn(Kw  
    END F7IZ;4cp  
    a/dq+  
    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。 m\e?'-(s  
    EiCEB;*z|d  
    CORE 16 <T+{)FV  
    DSEARCH 2 QUIET XWv;l)  
    USE CURRENT 5 ALL %2^wyVkq:  
    QI*<MF,1  
    GOALS Qkb=KS%z  
    ELEMENTS 5 $ uqB.f$  
    FNUM 2 1 vfloha p  
    BACK 10 SET aDZ]{;  
    STOP MIDDLE oxXCf%!  
    STOP FREE QZv}\C-c  
    ASPH Q I@q(P>]X9  
    ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 a<CACWsN.T  
    FOV .2 .4 .6 .8 1 Q%n$IQr4gM  
    DELAY OFF *:V+whBY  
    NGRID 6 12HE =  
    SNAP 10 M*2 Nq=3  
    PLASTIC 5 7 9 11 13 SaSj9\o  
    !QUICK 30 40 /M Z^;XG  
    ANNEAL 50 10 Q )%vnl~i!  
    NPASS 50 W.Z`kH *B  
    END 7mtX/w9  
    SPECIAL AANT M$UZn  
    ACC 10 1 1 a9y+FCA  
    ACA 70 1 10 tQ(4UHqa~  
    LUL 90 .1 1 A TOTL Nx=rw h  
    END ]8CgHT[^7  
    GO {3!E8~  
    6os{q`/Q])  
    20cEE>  
    |&U{ z?  
    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。 I'0{Q`}  
    C1o^$Q|j  
    要求最大元件厚度为10毫米,总长度小于90毫米,以保持合理。 此外,我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则,对于像这样的大角度,可以在全视场获得掠入射光线,由于膜层问题,这是不切实际的。 Fx )BMP  
     {[dY$  
    请注意,在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 KvXF zx|A  
    3@\J#mR  
    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。 R*DQLBWc  
    hGJANA  
    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: Z7p!YTA  
    FaQc@4%o  
    tn}MKo  
    I &;9  
    ;b!qt-;.<  
    DSEARCH 发现了10种最佳设计,其中大多数非常好。 + f,Kt9Cy  
    ]i\;#pj}  
    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。 %S/?Ci  
    ZdgzPs"  
    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。 Q) =LbR{#  
    Vrs?VA`v$  
    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 g cb6*@u!  
    APS -9 0+F--E4  
    CSTOP U=PTn(2  
    WAP 2 yt<h!k$ _P  
    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。 GglGFXOL-  
    LkXho>y  
    wKKQAM6P1  
    &%m%b5  
    #mkf2Z=t-  
    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。 EB VG@  
    :0Z\-7iK  
    < n/ 2  
    </2 aQn  
    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。 Ub/ZzAwq  
    1!NrndJI  
    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。 %77uc9}  
    aK/fZ$Qc  
    再次运行 MRG,这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件,即玻璃,而不是塑胶。设计与以前一样好,如图6所示。(L41L1) &f2:aT)  
    }(7TiCwd  
    ~;#sj&~  
    K&eT*JW>  
    E+lr{~  
    W/g_XQ   
    让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框,选择“视觉外观”,放大设置为5,然后单击“执行”。结果,在图8中,在整个视场上几乎是完美的。 4:5M,p  
    m`}mbm^  
    5XV|*O;  
    S=\cF,Zs  
    [:uHe#L  
    <Zvvx  
    对于那些可能想要进一步评估此镜头的人,RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 LosRjvQ:  
    RLE d0-4KN2  
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 tQas_K5  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           @JGFG+J}  
    FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' 5RAhm0Op~.  
    MERIT   0.617523E-03 -K3d u&j  
    LOG        4 YmOj.Q&  
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 fvk(eWB  
    APS              -9 k||dX(gl  
    CSTOP S`$%C=a.  
    WAP                2 | 1zfXG,R  
    UNITS MM   *<X1M~p$  
    OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         )K$YL='kX  
    Lq;T\m_de  
       0 AIR L^*f$Balz  
       0 CV  1.0000000000000E-09 AIR U8J9 #+:  
       1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 v>j,8E  
       1 GLM      1.582541321             69.489424800 eL~3CAV{  
       2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR &>]U c%JK  
       3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 uVKe?~RC  
       3 GLM      1.862101561             32.759137271 #:By/9}-  
       4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR V:>r6  
       5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 un4fnoc  
       5 CC     15.35107422 6 Ia HaV+P  
       5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 y0`; br\X  
       5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 FvY=!U06  
       5 CTE   0.650000E-05 dNhb vzl(  
       5 GTB U    'AD-5503         ' L]8z6]j*  
       5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 7B=VH r  
       5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 AwjXY,2  
       5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,SidY\FzH  
       5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 cc3B}^@p=  
       5 PLASTIC TY'c'u,  
       6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR c BZ,"kp-  
       6 CC     -1.63833609 9cHo~F|ur  
       6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 AO>b\,0Me  
       6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 g$^-WmX\m  
       6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Vjs'|%P7  
       6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 }dpTR9j=  
       7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 wU>Fz*  
       7 CC     -3.18613168 g(W+[kj)  
       7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 1G7l+6w5~^  
       7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Le:C8^  
       7 CTE   0.600000E-04 ?'Hd0)yZ  
       7 GTB U    'ZEON480R        ' ^8_yJ=~V  
       7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 2|=hF9  
       7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 jLM([t  
       7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 sv?Fx;d  
       7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 7P<f(@0h$E  
       7 PLASTIC ZnRT$ l O  
       8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR "+T`{$Z=C  
       8 CC     -0.98132904 |T@SlNi]  
       8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 )WbWp4  
       8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 J@2wPKh?Yp  
       8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 @fYVlHT%E  
       8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 51b%uz  
       9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 NLY=o@<  
       9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 X!K>.r_Dg  
       9 CC     -5.54999790 ""jW'%wR  
       9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Qv5 fK  
       9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 N|$9v{ j_  
       9 CTE   0.600000E-04 8T9 s:/%  
       9 GTB U    'ZEON480R        ' :`zO%h  
       9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 xi(1H1KN5B  
       9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Fz';H  
       9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3a.!9R>  
       9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 zmGHI! tP  
       9 PLASTIC F5RL+rU(h  
       10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR 't}\U&L.{  
       10 CC      0.92206943 lUB?eQuN_  
       10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 <O 0Q]`i  
    10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 /uX*FZ  
       10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Y4 HN1  
       10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 j!>P7 8  
       11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 OQ hQ!6  
       11 CC     -0.42284721 :Q>e54]'&  
       11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 'k[qx}  
       11 CTE   0.720000E-04 dh7`eAMY   
       11 GTB U    'OKP4            ' #| _VN %!  
       11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 KCyV |,+n  
       11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 QR#>Ws  
    11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 XJ\R'?j  
       11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 x C&IR*  
       11 PLASTIC 88v8lt;R  
       12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR 9GH5  
       12 CC    -21.87743665 s{Qae=$Q  
       12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 [oV M9 Q  
       12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 H5x7)1Ir|  
       12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 __'4Qt   
       12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 >-I <`y-H  
       13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 ih".y3  
       13 CC     -2.93101390 @!fUp b  
       13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 XQ}J4J~Vm  
       13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 iVn4eLK^v  
       13 CTE   0.600000E-04 W+!UVUpW  
       13 GTB U    'ZEON480R        ' XqmB%g(  
       13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 'JMW.;Lh?X  
    13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 g= $U&Hgs  
    13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 g77M5(ME  
       13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 6/S. sj~  
       13 PLASTIC o@zxzZWg  
       14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR 9y*] {IY  
       14 CC     16.95417460 d j\Z}[  
       14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 FSA%,b; U  
       14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 bwXeEA@{  
       14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5q0L<GOrj  
       14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 b!@PS$BTxq  
       15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR 1z8"Gk6  
    END 4tZ*%!I'  
    adP  :{j  
    另一种广角镜头: gUru=p  
    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。 />S^`KSTM  
    jG[Vp b  
    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
    a ~v$ bNu  
    N x&/p$d  
    OKMdyyO<l  
    gPKf8{#%e  
    本例中,搜索统计显示,待分析的128例中,共有59例由于光线追迹失败而跳过。如果在不带WAC参数的情况下运行这个宏,程序将跳过128种情况中的125种。不要跳过用例总是一个好主意,因为有希望的配置可能会被错过。当你用 DSEARCH 搜索最佳镜头设计时,WAC参数是你可以尝试的另一个参数。 8<C*D".T$  
    c9-$^yno  
    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。 %i9 e<.Ot  
    qS+;u`s  
    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。 T%eBgseS  
    8D )nM|  
    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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