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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 aQ!QrTua-  
    o;'E("!<Z  
    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: pK`1pfih  
     NOY`1i  
    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。 (rKyX:Vsy  
    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: y;Ez|MS   
    Xir ERc.e  
    rU6F$I=  
    Z9 z!YaOL  
    r]q;>\T'  
    镜头文件: d]A.=NAc  
    RLE rR Kbs@1M  
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH 7 bV(eV  
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 pbCj ^  
    APS               5 CdBpz/  
    UNITS MM vEy0DHEE  
    OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 Wd`*<+t]  
     yqH  
       0 AIR TWzlF>4N  
    0    CV  1.0000000000000E-09 AIR yMG(FAyu  
    1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 [^Z)f<l  
    1    GLM      1.50000000             55.00000000 @%lkRU)  
    2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR j_I[k8z  
    3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 ]& 8c 45c  
    3    GLM      1.50000000             55.00000000 J.E Bt3  
    4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     2[Ofa(mkkp  
    5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR y^!>'cdV  
    END GLO%>&  
    1NAGGr00  
    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。 O2pntKI  
    r'J="^k{  
    CORE 16 ?F6L,  
    DSEARCH 2 QUIET ?"F9~vx&G  
    USE CURRENT 5 ALL ,`Keqfx  
    gmUXh;aHc  
    GOALS ?rm3Iac0S  
    ELEMENTS 5 Ln'y 3~@  
    FNUM 2 1 zqHG2:MN"  
    BACK 10 SET  \gsJ1@  
    STOP MIDDLE zif&;)wV/  
    STOP FREE ZUyS+60  
    ASPH Q F50l->F2&  
    ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 S j ly]  
    FOV .2 .4 .6 .8 1 '[Sm w'n6-  
    DELAY OFF LR "=(  
    NGRID 6 lw]uH<v  
    SNAP 10 Ucx"\/"  
    PLASTIC 5 7 9 11 13 oF0DprP@  
    !QUICK 30 40 U{\9mt7b!  
    ANNEAL 50 10 Q ["O_ Phb|  
    NPASS 50 o%b6"_~%3  
    END ~6"=d  
    SPECIAL AANT |oWl9j]Z  
    ACC 10 1 1 4U8N7  
    ACA 70 1 10 eRqPZb"6MR  
    LUL 90 .1 1 A TOTL r|63T%q!  
    END 4s e6+oJe  
    GO f,|g|&C  
    $>8O2p7W  
    J9*i`8kU.  
    qfkd Q/fP  
    在此案例中,我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离:如果您只是给出一个距离,例如 BACK 10,程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子(例如BACK 10 100),则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值,在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在,程序将简单地将后焦距设置为输入值,在这种情况下为10,并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计,这通常是一个很好的选择,特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 XU`ly3!  
    lak,lDt]  
    要求最大元件厚度为10毫米,总长度小于90毫米,以保持合理。 此外,我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则,对于像这样的大角度,可以在全视场获得掠入射光线,由于膜层问题,这是不切实际的。 Jc7}z:UB  
    s{Og3qUy  
    请注意,在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 Pn,>eD*g  
    )Q 5 x%  
    最后一点:我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做,程序将通过 UMC 求解来控制 F /number,并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样,对于这样复杂的设计,我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重,程序将最后一个面的曲率视为变量,并控制 AANT 文件中的 F /number,而不是曲率求解。 ~<.{z]*O  
    J-|&[-Z  
    好的,我们的输入已准备就绪,因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果: 3(Ns1/;?,  
    y| 0!sNg  
    ?I8r2M]  
    cL<,]%SkE  
    bv;. 6C(T<  
    DSEARCH 发现了10种最佳设计,其中大多数非常好。 ~?4 BP%g-y  
    W ]$/qyc&J  
    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。 4ClSl#X#i  
    p"FWAC!  
    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。 A0>r]<y  
    MgP&9  
    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 `W>Sss  
    APS -9 m68>`  
    CSTOP 3-=AmRxW't  
    WAP 2 P5H_iH  
    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。 ymp ik.'  
    [dR#!"6t  
    NBXhcfF  
    aX~Jk >a0  
    UT5xUv5'  
    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。 6g\hQ\+Z}  
    a)4%sX*I  
    +!GJ  
    jJaMkF;f  
    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。 l1#.r g  
    H+562W  
    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。 ek.@ 0c  
    Q_Br{ `c  
    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) `rXb:P7m{j  
    Zb&pH~ 7  
    ,N _/J4Us  
    ?S'aA !/;  
    qX`Hi9ja  
    vsyg u  
    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。 +?W4ac1  
    $bD`B'5  
    C(9"59>{]y  
    DSRmFxkk  
    {/(.Bpld  
    C0K: ffv;<  
    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。 @}19:A<'  
    RLE z(8G=C  
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 e/_QS}OA  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           Fc8 0HK5R  
    FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' gTgoS:M"_O  
    MERIT   0.617523E-03 : 5['V#(o  
    LOG        4 AN6Q~%,  
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ok [_Z;  
    APS              -9 Y+o\?|q-E  
    CSTOP Gov.;hy  
    WAP                2 V%)Tu{L  
    UNITS MM   mBJr*_p  
    OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         ' tHa5`  
    j>e RV ol  
       0 AIR dC8}Ttc}  
       0 CV  1.0000000000000E-09 AIR /D1Lh_,2  
       1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 ;c)( 'k<  
       1 GLM      1.582541321             69.489424800 @ZjO#%Ep/  
       2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR !Vg=l[  
       3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 $+f=l~/s  
       3 GLM      1.862101561             32.759137271 _;U%`/T b  
       4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR Ssuz%*  
       5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 a|= ^   
       5 CC     15.35107422 zH Z;Y^{+  
       5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 a??8)=0|}  
       5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 UlXxG|  
       5 CTE   0.650000E-05 Ue60Mf  
       5 GTB U    'AD-5503         ' WR`NISSp  
       5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 (hdu+^Qj=  
       5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~b m'i%$k  
       5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 oPF]]Imu  
       5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 jDqG9]  
       5 PLASTIC ,~&HL7 v  
       6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR 7)Vbp--b#  
       6 CC     -1.63833609 Z\Ur F0  
       6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ."=p\:^j*  
       6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 R|'W#"{@  
       6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $.kJBRgV*  
       6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 [FrLxU  
       7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 n}[S  
       7 CC     -3.18613168 L@/IyQ[H1  
       7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 gpf0 -g-X  
       7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 }% q-9  
       7 CTE   0.600000E-04 nw% 9Qw  
       7 GTB U    'ZEON480R        ' -aVC`  
       7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 A)3H`L  
       7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Q!qD3<?5  
       7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !`RMXUV  
       7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 X[r0$yuE  
       7 PLASTIC c ?EvrtND  
       8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR 9]w?mHslE  
       8 CC     -0.98132904 IQ_s]b;z  
       8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 G"E_4YkJ  
       8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 X?[ )e  
       8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 S4 Uu/EX6S  
       8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 mB"I(>q*M  
       9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 Jy% ?"wn  
       9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 A"&<$5Q  
       9 CC     -5.54999790 ni%)a  
       9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386  >(ip-R  
       9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 xlJWCA*>  
       9 CTE   0.600000E-04 %+Ze$c}X  
       9 GTB U    'ZEON480R        ' DE/SIy?  
       9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *j&)=8Y|   
       9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |k90aQO  
       9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 C$PS@4'U  
       9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 wB[f%mHs  
       9 PLASTIC 0V>Ho H   
       10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR znTi_S  
       10 CC      0.92206943 OVDuF&0  
       10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ]S[/ a  
    10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 irD5;xk([  
       10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^ex\S8j  
       10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 :,aY|2si  
       11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 o}114X4q;  
       11 CC     -0.42284721 p? o[+L<  
       11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 `3i>e<m~  
       11 CTE   0.720000E-04 F c5t,P  
       11 GTB U    'OKP4            ' y42 Cg  
       11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 }URdoTOvb  
       11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 gAdqZJR%]  
    11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 "W%YsN0  
       11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 J|f29B-c  
       11 PLASTIC +71<B>L   
       12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR /CNsGx%%  
       12 CC    -21.87743665 *$-X&.h[  
       12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 0Q&(j7`^@  
       12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 >x;\H(g  
       12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 JOY&YA$U  
       12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 G@`F{l  
       13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 oH%[8!#  
       13 CC     -2.93101390 "Mj#P9  
       13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 )w M%Ul<s  
       13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Lo!hyQ)  
       13 CTE   0.600000E-04 M['O`^  
       13 GTB U    'ZEON480R        ' VZWo.Br'W  
       13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 N~8H\  
    13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `hj,rF+4  
    13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 A5yVxSF  
       13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 2@6@|jRG  
       13 PLASTIC XlU\D}zS  
       14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR e6j1Fa9  
       14 CC     16.95417460 Mg`!tFe3  
       14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 "x=\mA#`  
       14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -9t"$)&  
       14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Tt)z[^)%  
       14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 T{C;bf:Q  
       15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR -t|/g5.w_  
    END 3Xu|hkK\e  
    ;F"!$Z/  
    另一种广角镜头: >z\IO  
    在本章的第一部分中,我们观察到,超过90度的输入角需要一个定制的前端,其目的是将主射线的角度减小到一个更易于控制的值,以便光线能够通过。但如果这个领域的角度小于90度,工作就简单多了。 O68-G  
    Qs,\P^n  
    点击打开 C45M2,我们使用 DSEARCH 本身,没有添加前端,并指定广角校正参数(WAC)为50度,此镜头的最大视场角为86度而不是92.4度
    hXjZ>n``  
    B-C$>H^  
    .u&xo{$'dS  
    kPs?  
    本例中,搜索统计显示,待分析的128例中,共有59例由于光线追迹失败而跳过。如果在不带WAC参数的情况下运行这个宏,程序将跳过128种情况中的125种。不要跳过用例总是一个好主意,因为有希望的配置可能会被错过。当你用 DSEARCH 搜索最佳镜头设计时,WAC参数是你可以尝试的另一个参数。 )C8^'*!  
    e`qrafa  
    镜头仍然需要额外的工作,正如之前所做的,但重点是,有了这个稍微减少的视场角,工作更简单,不需要像我们上面做的那样对前端元素进行初步的计算。 W|>jj$/o  
    XY'8oU`]{  
    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。 x'`{#bKD  
    eW(pP>@k,  
    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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