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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 [|OII!"  
    G n]qh(N>  
    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: o,`"*][wd  
    (c(F1=K  
    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。 hc3hU   
    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: `y3'v]  
    8x U*j  
    k0e}`#t  
    t1adS:)s  
    VTu#)I7A^@  
    镜头文件: ,2nu*+6Y/  
    RLE #y83tNev  
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH ^ ~Eh+  
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 {h@\C|nF  
    APS               5 cjEqN8  
    UNITS MM 1IA1;  
    OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 WFOJg&  
    Hw]E#S  
       0 AIR 4GRD- f[  
    0    CV  1.0000000000000E-09 AIR 6P1s*u  
    1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 3F2IL)Hn  
    1    GLM      1.50000000             55.00000000 iYStl  
    2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR -`~qmRpqY  
    3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 %xg+UW }  
    3    GLM      1.50000000             55.00000000  2h   
    4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     s1D<R,J|H  
    5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR _]`7et\=  
    END bQt:=>  
    il5C9ql$  
    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。 y&zFS4"x  
    dH^6K0J  
    CORE 16 EL?(D  
    DSEARCH 2 QUIET "tz6O0D  
    USE CURRENT 5 ALL gF{ehU%  
    4!/JN J  
    GOALS r%PWv0z_c  
    ELEMENTS 5 xm{]|~^JG  
    FNUM 2 1 I}4 PB+yu  
    BACK 10 SET MxsLrWxm  
    STOP MIDDLE t1FtYXv`/  
    STOP FREE ZRagM'K  
    ASPH Q 2I-d.{  
    ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 qT$k%(  
    FOV .2 .4 .6 .8 1 d05xn7%!{  
    DELAY OFF _ Op%H)  
    NGRID 6 |Kd#pYt%O  
    SNAP 10 ~rb0G*R>  
    PLASTIC 5 7 9 11 13 /t0L%jJZ  
    !QUICK 30 40 aOzIo-  
    ANNEAL 50 10 Q QH/py  
    NPASS 50 0\dmp'j]  
    END PM\Ju]  
    SPECIAL AANT &h334N|4{  
    ACC 10 1 1 +Q5 O$8i  
    ACA 70 1 10 (C!p2f  
    LUL 90 .1 1 A TOTL u\*9\ G  
    END RQ,#TbAe  
    GO $Ll9ak}  
    [3m\~JtS  
    * 65/gG8>  
    z#tIa  
    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。 o<Zlm)"%1  
    ]01`r/->\  
    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。 {*yvvb  
    _?c.m*)A  
    请注意,在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 L`+[mX&2B  
    }_D.Hy5  
    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。 P(D>4/f3"  
    WX&IQ@  
    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: >fBPVu\PA  
    aCG rS{  
    B.8B1MFm  
    b RR N  
    is<:}z  
    DSEARCH 发现了10种最佳设计,其中大多数非常好。 #1<m\z7l  
    N*Aw-\Bk  
    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。 WPNB!" E98  
    B7 %,D}  
    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。 8}'iEj^e  
    $C[z]}iOi  
    由于我们改变了 YP0 的数量,目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果,但是现在我们必须把它放在那里。在 WS 编辑窗格中,我们输入 hi8q?4jE  
    APS -9 f8Hq&_Pn   
    CSTOP cE\w6uBR1  
    WAP 2 E|@C:ghG  
    来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1,修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 bY~K)j v3&  
    qezWfR`  
    a~_ 9BM41T  
    xs"i_se  
    ]es|%j 2  
    让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框,选择U目录(仅匹配塑胶材料),QUIET,SORT,然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 <XeDJ8 '  
    k1B ](@xt  
    '.|}  
    Wmbc `XC  
    将继续优化镜头,不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料,因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 {<-s&%/r  
    v$}^$8`  
    这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料,再次优化和模拟退火。 , 'pYR]3  
    zIc6L3w$  
    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) 8SjCU+V  
    EavBUX$O  
    ;As~TGiT  
    ,HjJ jpE  
    /uw@o9`~2-  
    yhH2b:nY(9  
    让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框,选择“视觉外观”,放大设置为5,然后单击“执行”。结果,在图8中,在整个视场上几乎是完美的。 db )2>  
    o]? yyP  
    #}~tTL  
    (PpY*jKR  
     Q6 *n'6  
    ().C  
    对于那些可能想要进一步评估此镜头的人,RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 Ab$E@H #  
    RLE c&D+=   
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 0}i 9`p  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           QytO0K5  
    FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' / 4Q=%n  
    MERIT   0.617523E-03 eu(Fhs   
    LOG        4 DwBe_h.  
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 O@$>'Z  
    APS              -9 =]@Bc 7@  
    CSTOP `q}D#0  
    WAP                2 r9f- C  
    UNITS MM   TXB!Y!RG#  
    OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         (u?s@/e:`/  
    m-{DhJV  
       0 AIR \KV.lG!  
       0 CV  1.0000000000000E-09 AIR kHK<~srB  
       1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 I(6%'s2  
       1 GLM      1.582541321             69.489424800 dz#"9i5b  
       2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR '&CZ%&(Gw  
       3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 'bfxQ76@sa  
       3 GLM      1.862101561             32.759137271 Dk\%,[4(  
       4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR 4W>DW`{  
       5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 DS8HSSD  
       5 CC     15.35107422 Gr({30"8  
       5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 . r/s.g  
       5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 % 3#g-  
       5 CTE   0.650000E-05 1^k}GXsWmE  
       5 GTB U    'AD-5503         ' yK{P%oh)  
       5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 :$Cm]RZ  
       5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 i%yKyfD  
       5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Nr@,In|JS  
       5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 W@}@5,}f>  
       5 PLASTIC QmBHD;Gf  
       6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR &Hw:65O  
       6 CC     -1.63833609 eGMw:H  
       6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 0+0 Y$;<  
       6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $ (&uaDYv  
       6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 lR?1,yLp  
       6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 @.e4~qz\  
       7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 IiKU =^~w  
       7 CC     -3.18613168 3@F U-k,i  
       7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 }ll&EB  
       7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 }5EH67  
       7 CTE   0.600000E-04 <,Gjo]z  
       7 GTB U    'ZEON480R        ' p&}m')  
       7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 K`=U5vG^  
       7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 eI|FrBq%  
       7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5!Er ;e  
       7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 pTAm}  
       7 PLASTIC 2 zo>`;l  
       8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR \1R*M  
       8 CC     -0.98132904 8?~>FLWTXZ  
       8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ''2:ZXX  
       8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 i% 0 qN  
       8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #~Kno@  
       8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 5P*jGOg.  
       9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 &IQNsJL!e  
       9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 El}~3|a?  
       9 CC     -5.54999790 S?DMeZ{:  
       9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 J;fbE8x  
       9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 1xxTI{'g[  
       9 CTE   0.600000E-04 p7},ymQ|YQ  
       9 GTB U    'ZEON480R        ' ,9OER!$y  
       9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 T&dc)t`o  
       9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6\h*SBI?(  
       9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *"|f!t  
       9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ;&b=>kPlZ  
       9 PLASTIC Y}vV.q  
       10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR =)#XZ[#F  
       10 CC      0.92206943 kH06Cb  
       10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Kj"n Id)  
    10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 %i&am=  
       10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 f`}u9!jVR  
       10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ?zo7.R-Vac  
       11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 |r*y63\T  
       11 CC     -0.42284721 GWx?RIKF  
       11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862  LWo)x  
       11 CTE   0.720000E-04 D<Z\6)|%I  
       11 GTB U    'OKP4            ' MNfc1I_#  
       11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Mt4`~`6  
       11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #;2kN &  
    11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6_EfOD9  
       11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 IFSIQ q  
       11 PLASTIC gd)VL}k  
       12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR d.snD)X  
       12 CC    -21.87743665 N,)rrBD  
       12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 y_IF{%i  
       12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 GyE5jh2  
       12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~@^pX*%i  
       12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *XXa 9z  
       13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 Ob'[W;p)[w  
       13 CC     -2.93101390 ]:6IW:  
       13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 i piS=  
       13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 O|;|7fCB\  
       13 CTE   0.600000E-04 5t-(MY  
       13 GTB U    'ZEON480R        ' %e: hVU  
       13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 P\X$fD  
    13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;S2/n$Ju_  
    13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 o`jVd,aj  
       13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 YZ0Q?7l7  
       13 PLASTIC Xt*h2&  
       14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR S?H qrf7<  
       14 CC     16.95417460 =HoA2,R)  
       14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 7*&q"   
       14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;;17 #T2  
       14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ]T<RC\o  
       14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 P= 26! b  
       15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR uQkFFWS  
    END BfvvJh_  
    cj3P]2B#  
    另一种广角镜头: |>p?Cm  
    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。 9H%L;C5<  
    H+5N+AKb@  
    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
    j|WN!!7  
    NSh~O!pX  
    "qY_O/Eg]]  
    5 .b U2C  
    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。 ,3ivB8  
    SR'u*u!  
    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。 JLxAk14lc  
     cCy*?P@  
    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。 .ktyA+r8v  
    [tz}H&  
    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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