[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]

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。 h&d%#6mB  
Gu} `X23  
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： z'N_9=  
E=!=4"rZF  
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。 Zo`Ku+RL2'  
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： Du@?j7&l=$  
%%
J)@k^vH  
`QC  
镜头文件： 5y]1v  
RLE F)P"UQ!\  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 0IU>KGJ-0s  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 \z>Re$:  
APS               5 v"'Co6fw  
UNITS MM h&Thq52R  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 R'bmE:nL  
za{z2#aJ  
   0 AIR $B6CLWB  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR 6f1%5&si  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 h!# (.P  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 O%RkU?ME  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR U^jxKBq^  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 Uawf,57v<  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 0uX"KL]Elf  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     .KiJq:$H  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR Q(@/,%EF  
END 01v7_*'R  
K"~Tk`[0Q  
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。 Kj
bt1n  
O:02LHE  
CORE 16 _hP siZY9  
DSEARCH 2 QUIET mEi+Tj zp  
USE CURRENT 5 ALL e1Kxqw7  
gp07I{0~m  
GOALS ,#=ykg*~/  
ELEMENTS 5 4dy2m!  
FNUM 2 1 Xk#"rM< Y  
BACK 10 SET FO"8B  
STOP MIDDLE 5f+ziiZ  
STOP FREE ftBbO8e  
ASPH Q m)G=4kK52-  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 L<'8#J[_5  
FOV .2 .4 .6 .8 1 Q`$Q(/  
DELAY OFF aoNTRJc$  
NGRID 6 VAkZ@ u3'~  
SNAP 10 3$Ecq|4J:  
PLASTIC 5 7 9 11 13 >r Nff!Ow
 
!QUICK 30 40 vfID@g`!q+  
ANNEAL 50 10 Q z;Pr] *F  
NPASS 50 /8!s C D  
END ?Y6MC:l<  
SPECIAL AANT dc#Db~v}k  
ACC 10 1 1 +uR|0Jo8X  
ACA 70 1 10 uP,{yna(  
LUL 90 .1 1 A TOTL rEI]{?eoF  
END Z2z"K<Z W  
GO .54E*V1  
=[Lo
9Sg  
-fF1vJ7L  
qGndh  
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。 }7k!>+eQ  
 &tb  
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。 _
ED,DM  
i!zh9,i>M  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 u3{gX{so  
c*nH=  
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。 EZvB#cuL-  
urGk_.f  
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： gI^);JrTE  
/m,0H)w1  
_Q<wb8+/  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 f'/@h Na3  
DJl06-s V  
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。 a/@<KnT  
COS(pfC  
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。 yQwj[  
XQEGMaZ  
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 j7;v'eA`;7  
APS -9 |_l\.  
CSTOP GD1=Fb"&)  
WAP 2 G?-27Jk8  
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。 ?p{xt$<p  
L2ePWctq}  
<YbOO{  
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+Ggw  
$[VeZ-  
{ .KCK_ d  
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。 ')#E,Y%Hq  
RL>Nl ow  
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。 od>DSn3T  
,x5`5mT3  
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） `n8) o%E9  
mwFI89J'  
#bPio  
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。 ogv86d  
gf+K
r02~  
/vPh_1  
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。 9bjjo;A  
RLE \()\pp~4  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 8?W!U*0aS  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           9\*xK%T+  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' wgSA6mQZ  
MERIT   0.617523E-03 ]+[ NX)=  
LOG        4 y]=v+Q*+  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 zQxZR}'  
APS              -9 P,!W\N%3  
CSTOP o_U=]mEDY  
WAP                2 MoA2Cp;8X  
UNITS MM   h 88iZK  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         .hgc1  
1W-t})!a  
   0 AIR D0PP   
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR ) 0$7{3  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 }jTEgog  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 WX 79V  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR -$;H_B+.  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 !.L%kw7z  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 p<'mc|hGq  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR G5zZf~r  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 {AIP\  
   5 CC     15.35107422 2Iz@lrO6  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 =b,$jCv<,5  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 /{7x|ay]  
   5 CTE   0.650000E-05
M#})  
   5 GTB U    'AD-5503         ' xpFu$2T6P.  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 )aquf<u@  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *ok89ad  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3Q[]lFJ}F  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *we3i  
   5 PLASTIC fJOU1%  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR 9{i6g+  
   6 CC     -1.63833609 bEbO){Fe  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 /j -LW1:N  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 jb)z[!FbM  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6,_CLM  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 3w{4G<I  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 8c+i+g
p!  
   7 CC     -3.18613168 S3hJL:3c  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 nP'ab_
>b  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 @)VJ,Ql$Y  
   7 CTE   0.600000E-04 o'myo.k{  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' {FQ dDIj#  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 3`#sXt9C  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !i_5XcH  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 4OCz:t  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 lqqY5l6j  
   7 PLASTIC }5OlX  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR R9S7p)B  
   8 CC     -0.98132904 nImRU.;P  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .eZ4?|at.F  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 I"sKlMD  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }E8 Y,;fTD  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `Up<;  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 o,bV.O.W  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 '.WYs!  
   9 CC     -5.54999790 f
(D?g  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 3m7$$N|  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 }}t"^ms  
   9 CTE   0.600000E-04 R(pvUm&L  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' uT]
_pKm  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 56?U4wj7{  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 b)@D*plS&  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {!^HG+  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 MrOW&7  
   9 PLASTIC J>hl&J  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR aM?7'8/  
   10 CC      0.92206943 7jts;H=  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 (O&~*7D*  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 c~RElL  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 cty~dzX^  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 %l:%c  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 E6)FYz7x  
   11 CC     -0.42284721 )}G HG#D{  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 ?/dz!{JC  
   11 CTE   0.720000E-04 /8W}o/,s5  
   11 GTB U    'OKP4            ' _?q\tyf3  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 G-"#3{~2  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 pk;bx2CP8  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ml?+JbLg0  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Mqw&%dz'_  
   11 PLASTIC '^Sa|WXq  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR y"@~5e477$  
   12 CC    -21.87743665 Q.\+ XR_|  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 D*D83z OzN  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 I &{dan2  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 zac>tXU;  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 <PV @JJ"  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 [&+wW  
   13 CC     -2.93101390 !\|&E>Gy  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 zT_{M qY  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 w`#lLl B  
   13 CTE   0.600000E-04 JvHJ*E   
   13 GTB U    'ZEON480R        ' !xe<@$  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 T w"^I*B  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,3fw"P$  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 IUu[`\b=  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  KsUsj3J  
   13 PLASTIC >xP
 $A{  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR (''`Ce  
   14 CC     16.95417460 f0wQn09  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Hk6Dwe[y  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 zhN'@Wj'_  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 hrcR"OZ~X  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 H%faRUonz  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR d(To)ly.  
END 2@e<II2ha8  
[%QJ6
  
另一种广角镜头： R )?8A\<E  
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。 1Ete;r%5=  
U4LOe}Ny  
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 1RcaE!\p  
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。 O 6A:0yM4  
W"wP%  
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。 Xv:<sX  
y!aq}YS  
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。 IOIGLtB  
+Do7rl  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。