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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 1|8<H~&  
    71C42=AU  
    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: TEsnNi 1  
    V\K<$?oUb  
    我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头,F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先,我们必须创建一个可追迹的前端。 Gs2p5nL<  
    我们从一个含两个镜片组的简单系统开始,并指定用于广角的物体类型 OBD,并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始,比如50度,然后,使用 WorkSheet™ 滑块,给元件一些负的光焦度,并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时,增加 OBD 视场角,以这种方式继续,直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分: vs6,  
    vVT?h  
    ftBq^tC  
    V,EF'-F  
    wve=.n  
    镜头文件: o/o:2p.  
    RLE H6aM&r9}  
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH n-QJ;37\  
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 D=RU`?L  
    APS               5 l.nH?kK<  
    UNITS MM XN,,cU  
    OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 hnWo|! ,O$  
    _y .]3JNm  
       0 AIR nW?R"@Zm  
    0    CV  1.0000000000000E-09 AIR ]IJv-(  
    1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 x|eeRf|  
    1    GLM      1.50000000             55.00000000 A>.2OC+  
    2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR @tRMe6 4  
    3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 d77r9  
    3    GLM      1.50000000             55.00000000 Ml>( tec  
    4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     7m5Co>NkuK  
    5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR {F|48P;J  
    END _x1EZ&dh  
    bXM/2Z?6  
    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。 =neL}Fav56  
    R|!B,b(  
    CORE 16 +Zk,2ri  
    DSEARCH 2 QUIET p2x [p  
    USE CURRENT 5 ALL [FQ\I-GNC  
    +pqM ^3t|y  
    GOALS =7 ,Kf} 6  
    ELEMENTS 5 EP7AP4  
    FNUM 2 1 > 8]j  
    BACK 10 SET `Iy4=nVb  
    STOP MIDDLE u@%|k c`  
    STOP FREE ;mAhY  
    ASPH Q ]B9 ^3x[:  
    ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 b4,jN~ci  
    FOV .2 .4 .6 .8 1 K'6[J"dB  
    DELAY OFF G%TL/Z40  
    NGRID 6 GO5~!g  
    SNAP 10 m(sXk}e;1  
    PLASTIC 5 7 9 11 13 JhR W[~  
    !QUICK 30 40 Hlj6$%.  
    ANNEAL 50 10 Q O2-M1sd$  
    NPASS 50 )WR_ ug  
    END EY>8O+  
    SPECIAL AANT 9 -jO,l  
    ACC 10 1 1 'b:Ne,<  
    ACA 70 1 10 igDyp0t  
    LUL 90 .1 1 A TOTL p*;Qz  
    END |;;!8VO3J  
    GO Gg0#H^s( (  
    `hB1b["(  
    h5@j`{  
    ACBQ3   
    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。 VTe.M[:  
    _py2kjA6  
    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。 Jme%  
    a5`eyL[f  
    请注意,在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 4?]oV%aP)  
    r!/0 j)  
    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。 9Yw]Y5l  
    P6?0r_Y  
    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: +p/1x'J  
    jv}=&d  
    T'rjh"C&|  
    #7z|mVzH  
    ?9U:g(v  
    DSEARCH 发现了10种最佳设计,其中大多数非常好。 ? J|4l[x  
    IKf`[_,t]  
    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。 StQ@g  
    u2qV6/  
    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。 @oH[SWx  
    IbdM9qo7  
    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 T+TF-] J  
    APS -9 Da,&+fZI!  
    CSTOP 0P 5BArJ?  
    WAP 2 S=R 3"~p  
    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。 q6[}ydV  
    dm^H5D/A  
    ,hE/II`-d'  
    m<fA|9 F#  
    {$TZ}z"DA  
    让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框,选择U目录(仅匹配塑胶材料),QUIET,SORT,然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 _5\AS+[x  
    ~ v1W  
    ?6:cNdN  
    8gpBz'/,  
    将继续优化镜头,不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料,因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 Hcl"T1N*  
    IrO +5w  
    这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料,再次优化和模拟退火。 Wu{&;$  
    o8D{dS>,PL  
    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) #Go(tS~o  
    B8 2,.?  
    vo b$iS`>=  
    7s]Wq6  
    R@ QQNYU.D  
    UA0tFeH  
    让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框,选择“视觉外观”,放大设置为5,然后单击“执行”。结果,在图8中,在整个视场上几乎是完美的。 |9]PtgQv7  
    MuSaK %  
    <P pYl  
    i/: 5jI|  
    Qk7J[4  
    QeK{MF  
    对于那些可能想要进一步评估此镜头的人,RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 97x%2.\:  
    RLE ]piM/v\  
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 &l!$Sw-u;  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           t,?,F4 j  
    FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' ,|x\MHd?t_  
    MERIT   0.617523E-03 9%TT> 2#  
    LOG        4 5byeWH0n3  
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 4.k`[q8  
    APS              -9 C >kmIw'  
    CSTOP UG=I~{L  
    WAP                2 As}eUm)B5c  
    UNITS MM   WJcVQM s  
    OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         '8Qw:fh  
    %LcH>sV  
       0 AIR }MjQP R  
       0 CV  1.0000000000000E-09 AIR 1*#bfeoM  
       1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 Gx;xj0-"  
       1 GLM      1.582541321             69.489424800 ,]U[W  
       2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR h+xA?[ c=  
       3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 4[_L=zD  
       3 GLM      1.862101561             32.759137271 D@5s8xv  
       4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR iha9!kf  
       5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 8vO;IK]9b^  
       5 CC     15.35107422 ~%KM3Vap  
       5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 EJ8I[(  
       5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 rV U:VL`2  
       5 CTE   0.650000E-05 \L %q[  
       5 GTB U    'AD-5503         ' kyK'  
       5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 OT%V{hD  
       5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,$PFI(Whk  
       5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 @5GBuu^j  
       5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |I/,F;'  
       5 PLASTIC A8mlw#`E8b  
       6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR RCCv>o  
       6 CC     -1.63833609 *78)2)=~  
       6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 bm^X!i5  
       6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 qdO[d|d  
       6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Vbo5`+NAis  
       6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 hLSTSD}  
       7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 u'=(&><  
       7 CC     -3.18613168 'hy?jQ'|e  
       7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 ?^Pq/VtZ  
       7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 QjqBO+  
       7 CTE   0.600000E-04 +q l  
       7 GTB U    'ZEON480R        ' Y[h#hZ  
       7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 /'mrDb_ip  
       7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :TlAL# s&  
       7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 NA=#> f+U%  
       7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 A1=_nt)5  
       7 PLASTIC >eRZ+|k?N  
       8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR fqN75['n  
       8 CC     -0.98132904 `,Xb8^M2  
       8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 KjBOjD'I  
       8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 keaj3#O  
       8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8s~\iuk  
       8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 v7L"`  
       9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 ?Q;kZmQl  
       9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 g;l'VA3v  
       9 CC     -5.54999790 MSK'2+1T@g  
       9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Q:pzL "bT  
       9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 .#sz|0  
       9 CTE   0.600000E-04 ,TEuM|  
       9 GTB U    'ZEON480R        ' -}E)M}W  
       9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^l--zzO 8l  
       9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 epn#qeX  
       9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 IX"ZS  
       9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 G *ds4R?!  
       9 PLASTIC 5GaoJ v  
       10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR Zd8drT'@#  
       10 CC      0.92206943 ix^gAot  
       10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 tp%|AD"  
    10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 sw[oQ!f  
       10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 H_Iim[v#  
       10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 T<f2\q8Uo=  
       11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 8~.iuFp  
       11 CC     -0.42284721 ~:T3|  
       11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 Wx}M1&d/J  
       11 CTE   0.720000E-04 /8=:qIJYA  
       11 GTB U    'OKP4            ' #FEa 5  
       11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |3 ;u"&(P  
       11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 h (qshbC}  
    11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,GP!fsK  
       11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `0Yt1Z&  
       11 PLASTIC mm_^gQ,`  
       12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR SOhSg]g  
       12 CC    -21.87743665 6`_!?u7  
       12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 IY V-*/ |  
       12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 o>0O@NE  
       12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {5U1`>  
       12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 4pLQ"&>}80  
       13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 u/_Gq[Q,u  
       13 CC     -2.93101390 zwMQXI'k83  
       13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 %I_&Ehu  
       13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 `<S/?I8  
       13 CTE   0.600000E-04 9!5b2!JL  
       13 GTB U    'ZEON480R        ' -E6Jf$  
       13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 m~##q}LZ  
    13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 KLG6QBkj  
    13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &1*4%N@'  
       13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 7X(rLd 6#  
       13 PLASTIC Rl y jOf{0  
       14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR Uc\|X;nkRk  
       14 CC     16.95417460 ooomi"u  
       14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^a086n  
       14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;:AG2zE!  
       14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 cC b>zI  
       14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 W8Ke1( ws&  
       15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR iPA@<D%  
    END ARmu{cL  
    d|>9rX+f  
    另一种广角镜头: zA2UFax=  
    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。 8o!  
    W3FymCI  
    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
    sXSj OUI  
    <dq,y>  
    UN,<6D3\b  
    +F1]M2p]  
    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。 bs:C1j\&  
    }UyzM y,  
    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。 p#ZMABlE,P  
    TvQWdX=  
    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。 Z|]l"W*w  
    [P.@1mV  
    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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