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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 M;.ZM<Ga  
    =L]Q2V}  
    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: M(Zc^P}N  
    \Qy$I-Du  
    我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头,F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先,我们必须创建一个可追迹的前端。 w_wslN,)  
    我们从一个含两个镜片组的简单系统开始,并指定用于广角的物体类型 OBD,并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始,比如50度,然后,使用 WorkSheet™ 滑块,给元件一些负的光焦度,并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时,增加 OBD 视场角,以这种方式继续,直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分: 'LSz f/w  
    Jxl6a:  
    J'T=q/  
    `T&jPA9eY  
    y 1\'( 1  
    镜头文件: oBQm05x"  
    RLE v]VWDT `  
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH +-$Ko fnM  
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 "Cz<d w]D  
    APS               5 ~O6\6$3b5E  
    UNITS MM 1;F`c`0<  
    OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 ,,4 GNbBC  
    v& $k9)]  
       0 AIR mY7>(M{  
    0    CV  1.0000000000000E-09 AIR  jN*:QI  
    1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 PBjmGwg7  
    1    GLM      1.50000000             55.00000000 v6=-g$FG  
    2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR 23]Y<->Eu<  
    3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 SU.ythU2,c  
    3    GLM      1.50000000             55.00000000 EHf\L  
    4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     Vu8,(A7D%O  
    5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR #q\x$   
    END %;xOB^H^  
    5Wx~ZQZ  
    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。 r' Z3  
    +-?/e-z")  
    CORE 16 .ic:`1  
    DSEARCH 2 QUIET  |a^U]  
    USE CURRENT 5 ALL Nf41ZT~  
    {FO$yw=>  
    GOALS V ~{fB~  
    ELEMENTS 5 K4ZolWbU  
    FNUM 2 1 :mcYZPX#  
    BACK 10 SET Xd `vDgD  
    STOP MIDDLE C#0Qd%  
    STOP FREE s#9Ui#[=h  
    ASPH Q #'baPqdO  
    ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 5s{j = .O  
    FOV .2 .4 .6 .8 1 ,M5}4E7L%s  
    DELAY OFF "/{RhY<  
    NGRID 6  XRN+`J  
    SNAP 10 2BXy<BM @  
    PLASTIC 5 7 9 11 13 3>M&D20Z  
    !QUICK 30 40 )FN;+"IJ  
    ANNEAL 50 10 Q Q,T"ZdQ  
    NPASS 50 ~Ou1WnmO  
    END W!Gdf^Yy<  
    SPECIAL AANT w*9br SK  
    ACC 10 1 1 !A3-0zN!  
    ACA 70 1 10 K>:]Bx#F7  
    LUL 90 .1 1 A TOTL 5K%SL1N  
    END 6?tlU>A2s  
    GO d~J-|yyT  
    bBcp9C)iY  
    E>LkJSy=  
    2-*V=El  
    在此案例中,我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离:如果您只是给出一个距离,例如 BACK 10,程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子(例如BACK 10 100),则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值,在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在,程序将简单地将后焦距设置为输入值,在这种情况下为10,并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计,这通常是一个很好的选择,特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 SymwAS+  
    :nN1e  
    要求最大元件厚度为10毫米,总长度小于90毫米,以保持合理。 此外,我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则,对于像这样的大角度,可以在全视场获得掠入射光线,由于膜层问题,这是不切实际的。 `O?T.p)   
    y m,H@~  
    请注意,在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 75T_Dx(H  
    E_z;s3AXQ  
    最后一点:我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做,程序将通过 UMC 求解来控制 F /number,并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样,对于这样复杂的设计,我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重,程序将最后一个面的曲率视为变量,并控制 AANT 文件中的 F /number,而不是曲率求解。 Cs3^9m6;d  
    'wasZ b<^  
    好的,我们的输入已准备就绪,因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果: /wShUR{  
    .R*!aK  
    `$LWmm#  
    Rgy- OA  
    BAj-akc f  
    DSEARCH 发现了10种最佳设计,其中大多数非常好。 O4 3YY2  
    INs!Ame2  
    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。 %q ;jVj[  
    h5_G4J{1  
    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。 @Hb'8F  
    1F8 W9b^D  
    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 u6V/JI}g  
    APS -9 eK_*2=;XRW  
    CSTOP OI1ud/>h  
    WAP 2 %=we `&  
    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。 pL=d% m.W  
    #m{{a]zm^  
    N]EcEM#  
    [S]S^ej*8  
    O%~jop7# 6  
    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。 :AdDLpk3j  
    >>b3ZE|5  
    ?<&O0'Q  
    c\6+=\  
    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。 X[s8X!#  
    HW4 .zw  
    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。 hRI"y":zD  
    9Ya<My  
    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) X=JmF97  
    &;,,H< p  
    kd:$oS_*s  
    iB0WEj[?  
    r=/;iH?UH  
    _\PNr.D 8  
    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。 \I-#1M  
    w@-PqsF  
    .roqEasu8  
    )Au6Nf  
    =(a1+. O  
    xqXDxJlns  
    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。 5J)=}e  
    RLE do-ahl,  
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 o@]So(9f  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           zsU=sTsL  
    FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' n%R;-?*v  
    MERIT   0.617523E-03 b `2|I {  
    LOG        4 fJ\sguZ  
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 !UOCJj.cA  
    APS              -9 RCTQhTy=  
    CSTOP O1 .w,U  
    WAP                2 l kyzNy9R  
    UNITS MM   ^=n+T7"J  
    OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         (Rk_-9_E.  
    f\+f o  
       0 AIR ~U(,TjJb  
       0 CV  1.0000000000000E-09 AIR L@75- T  
       1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 PkE5|d*,  
       1 GLM      1.582541321             69.489424800 di)*-+  
       2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR B/5=]R  
       3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 IX: 25CEI2  
       3 GLM      1.862101561             32.759137271 4k/V BZB  
       4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR k4qp u=@U  
       5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 O%1v) AT&\  
       5 CC     15.35107422 RsU3Gi_Zdz  
       5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 L- pVltX  
       5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ^l^fD t  
       5 CTE   0.650000E-05 l no vykR  
       5 GTB U    'AD-5503         ' {GvTfZfp  
       5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `r5 $LaD  
       5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 87 }&`  
       5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 tt%MoQ)   
       5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 (>mI'!4d  
       5 PLASTIC AC O)Dt(Y  
       6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR ml@2wGyf  
       6 CC     -1.63833609 Wv__ wZ  
       6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 \;VhYvEH  
       6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <APB11  
       6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 B!gGK|8  
       6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 "'g[1Li  
       7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 f:g,_|JD$  
       7 CC     -3.18613168 pE{yv1Yg  
       7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 OmM=o*d  
       7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ]M)O YY  
       7 CTE   0.600000E-04 \BWyk A>  
       7 GTB U    'ZEON480R        ' f<+ 4rHT  
       7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 hYQ_45Z*?  
       7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \MxoZ  
       7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Qn ^bVhG+  
       7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 < Dx]b*H  
       7 PLASTIC kOvDl!^  
       8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR :16P.z1L  
       8 CC     -0.98132904 #jAqra._b  
       8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 pLMRwgzr  
       8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Ladsw  
       8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <Sz52Suh>  
       8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 t}v2$<!I  
       9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 L lBN-9p  
       9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 |F.)zC5{  
       9 CC     -5.54999790 Q'k\8'x  
       9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 `/Nm 2K  
       9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ;> m"x  
       9 CTE   0.600000E-04 L< zD<M  
       9 GTB U    'ZEON480R        ' -XRn~=5   
       9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 9%* wb`&  
       9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 F}"]92  
       9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^kS T  
       9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 {0! ~C=P  
       9 PLASTIC SuZ&vqS  
       10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR Qu,8t 8  
       10 CC      0.92206943 a[lY S{  
       10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `%3 /   
    10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 m/NdJMoN=  
       10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 E;21?`x5  
       10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 OMwsbp&  
       11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 mDh1>>K'~  
       11 CC     -0.42284721 H:p Z-v*  
       11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 B\g]({E  
       11 CTE   0.720000E-04 C"lJl k9g^  
       11 GTB U    'OKP4            ' XC7%vDIt  
       11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Le"oAA#[  
       11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \7"@RHcihB  
    11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 h7s; m  
       11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 2MA]jT  
       11 PLASTIC 65ly2gl  
       12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR ;n\= R 5.  
       12 CC    -21.87743665 r_EcMIuk  
       12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 9dMrgz&'  
       12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 mAk{"65V  
       12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 vIvVq:6_3  
       12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 l{w#H|]  
       13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 ??hJEE  
       13 CC     -2.93101390 CE15pNss  
       13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 h;5LgAY|v  
       13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 %3HVFhl  
       13 CTE   0.600000E-04 a?yMHb{F  
       13 GTB U    'ZEON480R        ' = 07Gy,=i  
       13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 q9"=mO0J+  
    13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 K^r)CCO  
    13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -T6(hT\  
       13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ?S?2 0  
       13 PLASTIC Wl h~)   
       14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR XPB9~::  
       14 CC     16.95417460 oJKa"H-jL  
       14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ;Ut+yuy  
       14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0?WcoPU  
       14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 [P |[vWO  
       14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Lp5U"6y  
       15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR "uLjIIl  
    END /yLZ/<WN  
    y}C`&nW[=  
    另一种广角镜头: g~UUP4<$"  
    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。 HE<1v@jW  
    yGg,$WM  
    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
    {b]aC  
    va f&X]p  
    iVB^,KQ@  
    UZ8?[  
    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。 0iCPi)B  
    ( *G\g=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。 K.gEj*@  
    *%Qn{x  
    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。  n6F/Ac:  
    C1T_9}L-A  
    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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