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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 正序阅读 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 ]u$tKC  
    r2'K'?T3  
    在这种情况下,有一个相当简单的方法可以很好地实现:首先画出一个前端,将光束转换成一个角度较小的光束,然后从那里开始,用 USE CURRENT 声明该部分。下面是一个例子: YsVKdh  
    7 L ,`7k|  
    我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头,F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先,我们必须创建一个可追迹的前端。  1hi, &h  
    我们从一个含两个镜片组的简单系统开始,并指定用于广角的物体类型 OBD,并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始,比如50度,然后,使用 WorkSheet™ 滑块,给元件一些负的光焦度,并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时,增加 OBD 视场角,以这种方式继续,直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分: O#18a,o@  
    *C+[I  
    W5Pur lu?  
    ILH[q>  
    @d|Sv1d%  
    镜头文件: =A'JIssk  
    RLE GBRiU &D  
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH o&@y^<UQ  
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 VWK/(>TP  
    APS               5 F}meKc?a  
    UNITS MM u1u;aG  
    OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 : fYfXm  
    ,P`GIGvkA  
       0 AIR ts@$*  
    0    CV  1.0000000000000E-09 AIR ;R2A>f~  
    1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000  ?f'`b<o  
    1    GLM      1.50000000             55.00000000 8$47Y2r@  
    2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR L[*cbjt[  
    3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 mr G?5.7W  
    3    GLM      1.50000000             55.00000000 a`^$xOK,  
    4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     4 Sk@ v  
    5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR -X%t wy=  
    END GIpYx`mHi  
    PyHL`PZZ  
    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。 }93FWo.  
    u^E0u^  
    CORE 16 H\<0{#F  
    DSEARCH 2 QUIET =+T0[|gc(r  
    USE CURRENT 5 ALL h,BPf5\S  
    h@ ZC{B  
    GOALS x$TL j  
    ELEMENTS 5 ^z, B}Nz  
    FNUM 2 1 '@#(jY0_  
    BACK 10 SET S\t!7Xs%*U  
    STOP MIDDLE <'sm($.2  
    STOP FREE >Jn`RsuV  
    ASPH Q 1'TS!/ll];  
    ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 b 1Wz  
    FOV .2 .4 .6 .8 1 UCj+V@{  
    DELAY OFF R N@)nc_  
    NGRID 6 `}sFT:1&  
    SNAP 10 b.[9Adi >  
    PLASTIC 5 7 9 11 13 _]Ob)RUVH  
    !QUICK 30 40 E2cZk6~m{  
    ANNEAL 50 10 Q D5bi)@G7z  
    NPASS 50 7iM@BeIf  
    END `<<9A\Y-f  
    SPECIAL AANT +=|%9%  
    ACC 10 1 1 4o@:+T:1  
    ACA 70 1 10 i-4L{T\K  
    LUL 90 .1 1 A TOTL a+k3wzJ  
    END Y|hd!C-x  
    GO T7/DH  
    B|9XqQ EI  
    oPbziB8  
    ~/aCzx~  
    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。 AFYdBK]  
    a"g\f{v0AR  
    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。 *x p_#  
    x 00'wY|  
    请注意,在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 if\`M'3Xx  
    Em{;l:;(W  
    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。 t&5Ne ?  
    >z fx2wh\a  
    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: z/QYy)_j  
    0/7.RpX,.  
    f qWme:x  
    -T+'3</T  
    \{a5]G(4s  
    DSEARCH 发现了10种最佳设计,其中大多数非常好。 /6y{ ?0S  
    !a!4^zqp  
    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。 3N2d@R  
    -*T0Cl.  
    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。 $X\2h+ Os  
    ZzR0k  
    由于我们改变了 YP0 的数量,目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果,但是现在我们必须把它放在那里。在 WS 编辑窗格中,我们输入 L|-|DOgw  
    APS -9 r_tt~|s,>  
    CSTOP ==%5Ci7qMy  
    WAP 2 2* T Ir  
    来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1,修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 mC0Dj O  
    368 g> /#'  
    5^ ubXA  
    /!p}H'jl  
    tk8\,!9Q  
    让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框,选择U目录(仅匹配塑胶材料),QUIET,SORT,然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 }K,3SO(:  
     fWs*u[S  
    z_{_wAuY  
    6^BT32,'  
    将继续优化镜头,不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料,因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 z" ?WT$  
    j:2 F97  
    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。 Wy/h"R\=  
    \GioSg  
    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) a gL@A  
    mC(YO y  
    EaL>~: j  
    {/aHZ<I&^h  
    01RW|rN  
    {9XNh[NbP  
    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};*O6D`  
    d1 kE)R  
    (#z6w#CU(  
    [io|qLr}\  
    ;$4&Qp:#  
    a=9QwEZ  
    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。 %S$$*|_G  
    RLE N:+d=G`x  
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 Wfc~"GQq4  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           ?FR-a Xx  
    FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' H(M{hfa|  
    MERIT   0.617523E-03 ;, \!&o6  
    LOG        4 AA=eWg  
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 $ye>;Ek  
    APS              -9 88?O4)c  
    CSTOP C[#C/@  
    WAP                2 DpT$19Q+  
    UNITS MM   F=#V/ #ia  
    OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         zf^|H% ~^  
    fYh<S  
       0 AIR SN\c 2^#  
       0 CV  1.0000000000000E-09 AIR ?gjx7TQ?  
       1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 %9S0!h\  
       1 GLM      1.582541321             69.489424800 cKoW5e|u  
       2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR )%n $_N n  
       3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 [9NrPm3d  
       3 GLM      1.862101561             32.759137271 ?`O^;f  
       4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR BIe:7cR%  
       5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 nf1 `)tXG  
       5 CC     15.35107422 O.xtY @'"  
       5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 I:UDEoQo  
       5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 iy]?j$B$  
       5 CTE   0.650000E-05 @_#\qGY  
       5 GTB U    'AD-5503         ' rcY &n^:  
       5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 <l5m\A  
       5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &%t&[Se_~  
       5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Nv6"c<(L=  
       5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 MHye!T6fO\  
       5 PLASTIC u3pFH(  
       6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR IvI..#EzG  
       6 CC     -1.63833609 8VO]; +N  
       6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |(PS bu  
       6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 x',6VTz^  
       6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Np ru  
       6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 1)z Xv  
       7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 ~{vB2  
       7 CC     -3.18613168 N>]J$[j  
       7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 mo(>SnS<  
       7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 i27)c)\BM  
       7 CTE   0.600000E-04  jIH^  
       7 GTB U    'ZEON480R        ' Y~UAE.  
       7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 f#w u~*c  
       7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 257$ !  
       7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 oVPr`]  
       7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 NuD|%Ebs  
       7 PLASTIC ecQ,DOX|b  
       8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR [ K'gvLt1  
       8 CC     -0.98132904 _:p-\Oo.  
       8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 kLU-4W5t  
       8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 D3P/: 4  
       8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 VfP\)Rl  
       8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 JEMc_ngR!  
       9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 uN>5Eh&=Pf  
       9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 vZ.<OD4  
       9 CC     -5.54999790 e t@:-}  
       9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 a }*i [  
       9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 `ZI-1&Y3  
       9 CTE   0.600000E-04 -)}Z $;1a  
       9 GTB U    'ZEON480R        ' N@}h  
       9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 \x]\W#C  
       9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 L G5_\sY!  
       9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <'SS IMr  
       9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *h3iAcM8  
       9 PLASTIC ,-8 -Y>[  
       10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR }*xjO/Ey  
       10 CC      0.92206943 +`g&hO\W  
       10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 @7C.0>W_A  
    10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 C])s'XTs  
       10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6pbCQ q  
       10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 @DY"~c cH  
       11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 1 ptyiy  
       11 CC     -0.42284721 [(5.?  
       11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 cBZEyy&  
       11 CTE   0.720000E-04 y1Z>{SDiq  
       11 GTB U    'OKP4            ' #RaqNu  
       11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 A8Fe@$<#8  
       11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2.b,8wT/  
    11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }zQgS8PQH  
       11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #u8#< ,w  
       11 PLASTIC OWT%XUW=  
       12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR U&V u%+B  
       12 CC    -21.87743665 g3>>gu#0DC  
       12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 {ilz[LM8(  
       12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 m|{^T/kIbQ  
       12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,qv\Y]  
       12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  -D'XxOI  
       13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 `?3f76}h  
       13 CC     -2.93101390 kmc"`Ogotw  
       13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Y7r;}^+WY  
       13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 NjOUe?BQ  
       13 CTE   0.600000E-04 ~~-VScG&  
       13 GTB U    'ZEON480R        ' 2%`= LGQC  
       13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 oeZuvPCl  
    13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ?Y,^Moc:  
    13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 OoH-E.lp  
       13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 H${LF.8  
       13 PLASTIC tzIP4CR~F&  
       14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR p^<(.+P4  
       14 CC     16.95417460 rz k;Q@1  
       14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 F=1 #qo<?  
       14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 'g,h  
       14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;<m`mb4x[  
       14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 /3~L#jS  
       15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR ~i>DF`w$  
    END 5}ftiy[Yc  
    x"NQatdq  
    另一种广角镜头: U{M3QOF  
    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。 1*dN. v:5  
    %gAT\R_f  
    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
    xwof[BnEZ  
    W3/bM>1  
    :e;6oC*"q  
    #YE?&5t  
    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。 89(qU  
    k/wD@H N  
    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。 F!ztU8,  
    )-Hs]D:  
    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。 W wPzm?30  
    "j,vlG  
    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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