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小火龙果 2023-09-14 10:11

SYNOPSYS 光学设计软件课程四十一:设计一个超广角的镜头

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。 $E.I84UfX  
B^9j@3Ux  
在这种情况下,有一个相当简单的方法可以很好地实现:首先画出一个前端,将光束转换成一个角度较小的光束,然后从那里开始,用 USE CURRENT 声明该部分。下面是一个例子: uGlUc<B\*  
y'*K|a TG  
我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头,F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先,我们必须创建一个可追迹的前端。 Tnm.A?  
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始,并指定用于广角的物体类型 OBD,并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始,比如50度,然后,使用 WorkSheet™ 滑块,给元件一些负的光焦度,并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时,增加 OBD 视场角,以这种方式继续,直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分: 83q6Sv  
#;nYg?d=  
[attachment=120125] yz8jw:d^-  
o " #\ >  
92KRb;c  
镜头文件: G'A R`"F  
RLE wAW5 Z0D  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH LFtt gY  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 7Jho}5J  
APS               5 D}X\Ca"h  
UNITS MM Dm<A ^u8  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 sLAQE64\"  
'q:`? nJ^  
   0 AIR y h9*z3  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR @I!0-OjL  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 B&uz;L3  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 S|`o]?nc>  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR e**qF=HCw  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 "LTad`]<Ro  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 &KRX[2  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     /s}} &u/  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR 65Yv4pNL  
END Q$@I"V&G.  
yaH Zt`Y  
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。 ;;N9>M?b  
NHZz _a=  
CORE 16 ikiypWq  
DSEARCH 2 QUIET Y`S vMkP)+  
USE CURRENT 5 ALL _zi|  
wDe& 1(T^  
GOALS pg)WKbV  
ELEMENTS 5 G*P#]eO  
FNUM 2 1 81 sG  
BACK 10 SET '$%l7  
STOP MIDDLE wi6 ~}~%  
STOP FREE iqQD{SRt{  
ASPH Q wcY? rE9  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 +!.^zp21  
FOV .2 .4 .6 .8 1 (0_2sfS  
DELAY OFF y/ ef>ZZ  
NGRID 6 O[JL+g4  
SNAP 10 I(BQ34q  
PLASTIC 5 7 9 11 13 4u})+2W  
!QUICK 30 40 {[?(9u7R  
ANNEAL 50 10 Q n]o<S+z  
NPASS 50 L>4"(  
END 68WO~*  
SPECIAL AANT vuY~_  
ACC 10 1 1 .jjG(L  
ACA 70 1 10 6zuTQ^pz  
LUL 90 .1 1 A TOTL H*'IK'O  
END %2V?,zY@  
GO [j/9neaye  
hy"\RW  
9Y_HyOZ*GX  
K/yxE|w<  
在此案例中,我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离:如果您只是给出一个距离,例如 BACK 10,程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子(例如BACK 10 100),则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值,在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在,程序将简单地将后焦距设置为输入值,在这种情况下为10,并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计,这通常是一个很好的选择,特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 :(*V?WI  
)cMh0SGcM1  
要求最大元件厚度为10毫米,总长度小于90毫米,以保持合理。 此外,我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则,对于像这样的大角度,可以在全视场获得掠入射光线,由于膜层问题,这是不切实际的。 _TQj~W<  
XYOC_.f1  
请注意,在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 68C%B9.b'  
Ig0VW)@  
最后一点:我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做,程序将通过 UMC 求解来控制 F /number,并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样,对于这样复杂的设计,我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重,程序将最后一个面的曲率视为变量,并控制 AANT 文件中的 F /number,而不是曲率求解。 z/2//mM  
-ifFbT+x  
好的,我们的输入已准备就绪,因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果: ra gXn  
mLLDE;7|}  
[attachment=120126] 8\A#CQ5b  
sLT3Y}IO  
B !L{  
DSEARCH 发现了10种最佳设计,其中大多数非常好。 !Pfr,a  
q Y? j#fzi  
现在需要进一步改进设计。运行 DSEARCH 产生的优化 MACro,镜头的性能变化很小。 4yr'W8X_  
w;:*P  
现在必须检查视场的像质。 在 PAD 中,单击PAD工具栏中的“扫描”按钮,然后观察到靠近曲面9的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中,我们必须控制它。 j[J-f@F \Y  
i#Bf"W{F  
由于我们改变了 YP0 的数量,目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果,但是现在我们必须把它放在那里。在 WS 编辑窗格中,我们输入 (m(JK^  
APS -9 ">,|V-H  
CSTOP XnMvKPerv'  
WAP 2 ~[nSXnPO  
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1,修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 yEoF4bt  
LxSpctiNx  
[attachment=120127] ,Np0wg0  
l'E*=Rn  
W/bQd)Jvk  
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框,选择U目录(仅匹配塑胶材料),QUIET,SORT,然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 :zke %Yx  
4-y :/8  
[attachment=120128]  a a/(N7  
A>;bHf@  
将继续优化镜头,不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料,因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 u$Jz~:=,  
}I6veagK  
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。 t: ;Pj9  
x,@B(9No  
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) Ma']?Rb`  
;~ $'2f~U  
[attachment=120129] s.QwSbw-g  
[attachment=120130] @&3EJ1  
i0kak`x0  
}"P|`"WW  
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。 &4x}ppX  
#3@rS  
[attachment=120131] eFTpnG  
[attachment=120132] 5o'FS{6U  
'/n1IM$7  
gpvYb7Of0  
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。 r|fL&dtr  
RLE (Ag1 6  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 }1c|gQ  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           0oZ= yh  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' lH x^D;m6  
MERIT   0.617523E-03 $m{:C;UH  
LOG        4 uLL]A>vR  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 n&;85IF1  
APS              -9 0$)>D==  
CSTOP IS{wtuA.  
WAP                2 WwBOM~/`2  
UNITS MM   p{ Yv3dNl  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         Fa Qe_;  
r4XK{KHn  
   0 AIR Is)u }  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR 8:c-k|CX  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 +\c5]`  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 F|o:W75  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR ;4^Rx  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 +>Qq(Y  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 jrlVvzZ  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR rb2S7k0{  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 QQ*hCyw!  
   5 CC     15.35107422 hz;G$cuEE  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 J6s`'gFns  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 \FbvHr,  
   5 CTE   0.650000E-05 u<6<iD3y  
   5 GTB U    'AD-5503         ' uk< 4+x,2)  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 jk; clwyz/  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 x=hiQ>BIO0  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 i&Tbz!  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |+FubYf?$  
   5 PLASTIC HZzDVCU  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR 7a =gH2]&  
   6 CC     -1.63833609 VgG0VM  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 qPX~@^`9  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 L O_k@3  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \ =?a/  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 w(*vj  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 yYIf5S`V]  
   7 CC     -3.18613168 pXT4)JDpc  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 2\A$6N ;_  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 JgKO|VO  
   7 CTE   0.600000E-04 -LoZs ru  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' U3ADsdn  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 uB]7G0g:  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 | C;=-|  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 W+aP}rZm:  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^e2VE_8L  
   7 PLASTIC ^EtMxF@D  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR zH?!  
   8 CC     -0.98132904 V%7WUq  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Gv!2f  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 EnKR%Ctw  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 o lR?n(v  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 x*/t yZg6  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 b$d;Qx  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 5Md=-,'J!  
   9 CC     -5.54999790 fIx+IL s  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 zsEc(  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 E<{ R.r  
   9 CTE   0.600000E-04 APn|\  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' p,5i)nEFj  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 )al]*[lY  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 er("wtM  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 mDA:nx%5<  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 n$MO4s8)  
   9 PLASTIC @ wGPqg  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR LiC*@W  
   10 CC      0.92206943 |IeTqEu9  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 \#2Z)Kz  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 m4[;(1  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 vONasD9At  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 @N>\|!1CC  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 CmP9Q2  
   11 CC     -0.42284721 L4@K~8j7  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 a=|K%ii+Y  
   11 CTE   0.720000E-04 L\6M^r >  
   11 GTB U    'OKP4            ' wjU9ZGM  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 x 77*c._3v  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 m<<+  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 QGMV}y  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 euK5pA>L  
   11 PLASTIC bbDZ#DK"  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR fF!Yp iI"  
   12 CC    -21.87743665 sf:,qD=z  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Q4#.X=.d  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _>o:R$ %}  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 z 4e7PW|  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 vz@A;t  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 U45e2~1!O  
   13 CC     -2.93101390 lB8-Z ow  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 J@/kIrx  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 $H2u.U<ip  
   13 CTE   0.600000E-04 juP7P[d$qW  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' rP'me2 B  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 H9Gh>u]}  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 PF0_8,@U  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 +N]J5Ve-`t  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 /m!BY}4W  
   13 PLASTIC H-!,yte  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR .y'>[  
   14 CC     16.95417460 \:P>le'1  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 8$] 1M,$r  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 O"+ gQXe  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5p,RI&nlN  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 XMCXQs&  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR w$>u b@=  
END FBG4pb9=~  
oe ~'o'  
另一种广角镜头: Qry@ s5  
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。  > ^O7  
Q*GN`07@?d  
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
Hkg2P ,2  
[attachment=120133] iR HQ:Y!  
3h]g}&k  
k<z )WNBf  
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。 \wmN  
}czrj%6  
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。 XjBW9a  
 C;v.S5x  
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。 xnjf  
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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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