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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 ,V,mz?d^9  
    hhaiH i!$  
    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: ,2$<Pt;  
    LUD .  
    我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头,F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先,我们必须创建一个可追迹的前端。 "\EX)u9ze  
    我们从一个含两个镜片组的简单系统开始,并指定用于广角的物体类型 OBD,并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始,比如50度,然后,使用 WorkSheet™ 滑块,给元件一些负的光焦度,并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时,增加 OBD 视场角,以这种方式继续,直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分: cy.r/Z}  
    s>o#Ob@4'  
    SbGdcCB  
     7qy PI  
    y@l&B+2ks  
    镜头文件: 0Q a 0  
    RLE BeLD`4K  
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH JD#q6 &|  
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 )XN%pn  
    APS               5 ;iuwIdo6c  
    UNITS MM =_#b .8K  
    OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 pp"#pl  
    is8i_FoD,n  
       0 AIR UgAp9$=z  
    0    CV  1.0000000000000E-09 AIR Qwpni^D8j  
    1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 exJc[G&t(  
    1    GLM      1.50000000             55.00000000 uX1;  
    2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR FShjUl>mV  
    3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 =xm7i#1  
    3    GLM      1.50000000             55.00000000 ~g/"p`2-N  
    4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     QO}~"lMj  
    5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR ldUZ\z(*  
    END Mu>  
    {WV"]O8IV  
    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。 $ 6mShp9(  
    +]cf/_8+s  
    CORE 16 \ji\r]k  
    DSEARCH 2 QUIET pFS@yHs  
    USE CURRENT 5 ALL 7*uN[g#p  
    ) n O ^Ay  
    GOALS ;Va(l$zD  
    ELEMENTS 5 pFY*Y>6ar  
    FNUM 2 1 ]0*aE  
    BACK 10 SET syB pF:`-W  
    STOP MIDDLE C33Jzn's  
    STOP FREE Uap0O2n  
    ASPH Q ?@4Mt2Z\  
    ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 L" ejA  
    FOV .2 .4 .6 .8 1 XiTi3vCe  
    DELAY OFF zN!W_2W*  
    NGRID 6 e-y$&[  
    SNAP 10 `.J)Z=o  
    PLASTIC 5 7 9 11 13 g7]S  
    !QUICK 30 40 ru 6`Z+p  
    ANNEAL 50 10 Q IrL7%?  
    NPASS 50 +@?Q"B5u}  
    END 8%CznAO"?W  
    SPECIAL AANT *fc8M(]&d  
    ACC 10 1 1 aeUgr !  
    ACA 70 1 10 QD,m`7(  
    LUL 90 .1 1 A TOTL KsOSPQDGE  
    END [T r7SU#x  
    GO xF!IT"5D  
    ?\,;KNQr  
    zK~8@{l}_"  
    :ir#7/  
    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。 `3\U9ZH23  
    qY8; k #  
    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。 }PK4 KRn  
    {mD0 ug  
    请注意,在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 A^,u l>!  
    3g!Z[SZ  
    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。 )8oyo~4?  
    0bh 6ay4  
    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: C&Q[[k"kb  
    kEq~M10  
    T3oFgzoO  
    acS~%^"<_  
    Q.$8>)  
    DSEARCH 发现了10种最佳设计,其中大多数非常好。 0x~+=GUN  
    [!%5(Ro_  
    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。 /E<Q_/'Z  
    ThX3@o  
    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。 xBxiBhqzF  
    E|;>!MMA;  
    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 Jf2JGTcm  
    APS -9 X[?fU&  
    CSTOP NE#`ZUr3  
    WAP 2 uq]=L  
    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。 k:?)0Uh%^  
    t8RtJ2;  
    <7`k[~)VB  
    %R4 \[e  
    !QVhP+l'H  
    让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框,选择U目录(仅匹配塑胶材料),QUIET,SORT,然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 EgG3XhfS  
    $MDmY4\  
    $)*qoV  
    ;v]C8}L^  
    将继续优化镜头,不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料,因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 Os[z >H?  
    3_wR2AU~  
    这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料,再次优化和模拟退火。 3L==p`   
    2gK]w$H7!  
    再次运行 MRG,这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件,即玻璃,而不是塑胶。设计与以前一样好,如图6所示。(L41L1) .^A4w;jPU  
    &V axv$v}  
    vWmt<E|e  
    Q3i\`-kbb  
    JG^GEJ  
    r[ k  
    让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框,选择“视觉外观”,放大设置为5,然后单击“执行”。结果,在图8中,在整个视场上几乎是完美的。 ]/h$6mrL  
    yH:p*|%:  
    0B 1nk!F  
    $'CS/U`E}  
    IY.M#Q ]  
    -,*m\Fe}  
    对于那些可能想要进一步评估此镜头的人,RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 FP&Ykx~  
    RLE a\m=E#G  
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 nnhI]#,a{  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           ABoB=0.l  
    FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' GTbV5{Ss  
    MERIT   0.617523E-03 U= GJuixy  
    LOG        4 umuj>  
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ~h<T0Zc  
    APS              -9 Il\{m?Y  
    CSTOP \'g7oV;>cI  
    WAP                2 -}xK> ["  
    UNITS MM   zytW3sTZA  
    OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         ]Z UE !  
    u)EtEl7Wq  
       0 AIR 1Bs  t|  
       0 CV  1.0000000000000E-09 AIR ghW`xm87  
       1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 xH28\]F5n  
       1 GLM      1.582541321             69.489424800 ,]JIp~=nsh  
       2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR ])qnPoQ<n  
       3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 <~ay4JY  
       3 GLM      1.862101561             32.759137271 eI`%J3BxR  
       4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR Vq#0MY)2gS  
       5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 d\Up6F  
       5 CC     15.35107422 *>aVU'  
       5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 Cs"ivET  
       5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 J s33S)  
       5 CTE   0.650000E-05 '%e@7Cs  
       5 GTB U    'AD-5503         ' PY4">~6\i  
       5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 9:%')M&Q  
       5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 jEx8G3EL  
       5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Z! /_H($  
       5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #Q_Scxf  
       5 PLASTIC u*\QVOF  
       6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR +#>nOn(B  
       6 CC     -1.63833609 !}mM"|<  
       6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Xeja\5zB  
       6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {LKW%G7  
       6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 9;*B*S~znW  
       6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 TRgj`FG  
       7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 Z *tHZ7 b  
       7 CC     -3.18613168 &sn-;r  
       7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 X/%!p<}:'  
       7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 VtN@B*  
       7 CTE   0.600000E-04 2b\ h@VJt  
       7 GTB U    'ZEON480R        ' HYdt3GtJ?  
       7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 k;Qm%B  
       7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 "kc%d'c(  
       7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8rBa}v9  
       7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Tsu\4 cL]  
       7 PLASTIC ;\13x][  
       8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR 'T|QG@q  
       8 CC     -0.98132904 OS(Ua  
       8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 +sZY0(|K8  
       8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 /55 3v;l<  
       8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 (3x2^M8  
       8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 @Z""|H"0  
       9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 !*qQ 7  
       9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 /viBJ`-O  
       9 CC     -5.54999790 lUnC+w#[  
       9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 UBnHtsM  
       9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 %,8 "cM`D  
       9 CTE   0.600000E-04 T-s[na(/L  
       9 GTB U    'ZEON480R        ' )ARV>(  
       9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Q 'e[(^8  
       9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 %t.\J:WN;  
       9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $Vs5d= B  
       9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 CC`#2j  
       9 PLASTIC (A_H[xP  
       10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR XGnC8Be{4  
       10 CC      0.92206943 5}9rpN{y  
       10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 C?g*c  
    10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 9-=kVmT&g  
       10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }vF=XA  
       10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 \Z/0i|  
       11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 ]K5j(1EN  
       11 CC     -0.42284721 ,0,& L  
       11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 /T&+vzCF  
       11 CTE   0.720000E-04 )q{e L$  
       11 GTB U    'OKP4            ' \rbvlO?}  
       11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 )Y1+F,C  
       11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 cR6 #$-a  
    11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 bHs},i6  
       11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 'A/{7*,  
       11 PLASTIC m0Uk*~Gz  
       12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR XPi5E"  
       12 CC    -21.87743665 ?,Wm|xY  
       12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 riglEA[^  
       12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 I'R|B\  
       12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 srU*1jD)  
       12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 :7qJ[k{g  
       13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 y<8o!=Tb5  
       13 CC     -2.93101390 j{%'A  
       13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 .X4UDZQg  
       13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 /-ewCCzZV  
       13 CTE   0.600000E-04 b~rlh=(o#_  
       13 GTB U    'ZEON480R        ' Zr!CT5C5  
       13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 > lK:~~1  
    13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 d^aLue>g;+  
    13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 LtDGu})1  
       13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .uo:fxbd2  
       13 PLASTIC Eds{-x|10  
       14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR 4':U rJ+  
       14 CC     16.95417460 PrEfJ?  
       14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 m&6I@S2  
       14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 +oa>k 0  
       14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }~NWOJ3;  
       14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 RjHKFB2  
       15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR z 2Ao6*%  
    END % ELf 7~  
    8&y3oxA,  
    另一种广角镜头: M|'![]-  
    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。 ;u?H#\J,  
    0\Myhh~DLE  
    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
    {F$MZ2E  
    \8-PCD  
    R%%h=]  
    cD4H@!=a  
    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。 l:"zYcp%  
    ')v<MqBr  
    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。 mr#XN&e  
    a)M#O\i`  
    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。 JiHk`e`  
    ?pp|~A)b  
    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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