[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。 *VB*/^6A  
?%(*bRV -  
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： ,PYe7c  
}{J8U2])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。 It[~0?+  
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： +8M{y D9#  
p WHu[Fu  
]Ea-?IhD  
镜头文件： $ }53f'QjW  
RLE {;U:0BPI3  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH szHUHW~;J  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 \=)h6AG  
APS               5 ;<\*(rUe  
UNITS MM >\ W" 3.  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 _ sd?l  
J7ln6Y  
   0 AIR XJ"9D#"a>  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR -84Z8
?_  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 Tb^9J7]  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 jo;n~>3P  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR UWHC]V?  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 H UjmJu6f{  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 y3#\mBiw  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     >:=TS"}yS}  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR IF=rD-x  
END IWkBq]Y  
Rjf|  
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。 7_RU*U^  
lk80)sTZ  
CORE 16 dZ*o H#
B  
DSEARCH 2 QUIET S<TfvQ\,"@  
USE CURRENT 5 ALL 3;A1[E6K  
e042`&9=Ic  
GOALS IX}l)t[:(  
ELEMENTS 5  Po5}Vh  
FNUM 2 1 ,Gfnf%H\8>  
BACK 10 SET _R]h]<TQ  
STOP MIDDLE xK/`XY  
STOP FREE )~6974  
ASPH Q NoMC*",b>  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 &IcDUr]L  
FOV .2 .4 .6 .8 1 |l9AgwDg  
DELAY OFF .+y#7-#6  
NGRID 6 z"<PveVo  
SNAP 10 }V 1sY^C  
PLASTIC 5 7 9 11 13 .D :v0Zm}m  
!QUICK 30 40 z, OMR`W  
ANNEAL 50 10 Q ;RU)Q)a)  
NPASS 50 Z"n]y4h  
END "-a>Uj")%  
SPECIAL AANT  *q^'%'  
ACC 10 1 1 o` e~1  
ACA 70 1 10 m'pihFR:f  
LUL 90 .1 1 A TOTL _7Z$"  
END * 08LW|:,  
GO !%Ak15o  
!54%}x)3  
E(TY%wO  
?B-aj  
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 9`xq3
EL2T  
m+o>`1>a  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 ^#G>P0mG%  
c6e?)(V>  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 LE7o[<>  
t<e?f{Q5  
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 9qw~]W~Nm  
>6@UjGj54  
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： pPIH`I
q  
1Ao"DxZHy7  
lY6U$*9c  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 5~\W!|j/  
=~R0
U  
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。 blLX ncyD  
W7.]V)$wM  
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。 $Q?UyEi  
(j2]:BVu  
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 @.%ll n  
APS -9 }@x0@sI9  
CSTOP 3iY`kf  
WAP 2 _mcD*V  
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。 ]+J]}C]\d  
l!GAMK 6o  
9X!OQxmg  
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。 =s;7T!7!  
PyIIdTm  
P}cGWfj  
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。 gPDc6{/C<  
vRm;H|[%S  
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。 O%rjY  
X.g1 312~  
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） 4O2O0\o:  
(d@lG*K  
1
XwbsKQ}  
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。 {gzL}KL  
Dk/;`sXV  
$n!saPpxS  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 _8kZ>w(L  
RLE GBN^ *I  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 1H%LUA  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           Fj|C+;Q.  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' W,}C*8{+  
MERIT   0.617523E-03 uTngDk  
LOG        4 s-Bpd#G>/  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 L= hPu#&/  
APS              -9 W$ M4#  
CSTOP h8Kri}z;M  
WAP                2 ,LX]  
UNITS MM   _z~|*7@  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         tyNT1F{  
a*!wiTGf  
   0 AIR ^lf{IM-Y  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR BG/M3  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 ;i>|5tEy  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 ,{=#
  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR b<NI6z8\  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 yY[N\*P  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 =rGjOb3+  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR SVo:%mX  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 _|`S9Nms  
   5 CC     15.35107422 ;5
?$q  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 Ak^g#^c*  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 H9F\<5n]-l  
   5 CTE   0.650000E-05 RdRF~~R%  
   5 GTB U    'AD-5503         ' L slI!.(  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Wyd,7]'z)Z  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 FY@ErA7~  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3a_~18W  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 { owK~  
   5 PLASTIC O'*KNJX  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR =a$7OV.  
   6 CC     -1.63833609 ?zM]p"M  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 l`M{Ravvn*  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 )OS^tG[=  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 +:+q,0~*]  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 =`Pgo5A  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 1 \:5ow&a  
   7 CC     -3.18613168 TFjb1a,)  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 buu~#m1z  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 xy5&}_Y  
   7 CTE   0.600000E-04 Y92wL}  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' Mj|\LF +  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 "AMbU68  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #(=8 RA:@  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 slaYr`u  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 * G!C 'w\$  
   7 PLASTIC a<*q+a(*W  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR ).0klwfV  
   8 CC     -0.98132904 \R\?`8Orz  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 n** W  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 pyJY]"UHVE  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Cdg/wRje  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 7u73v+9qn:  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 +}[M&D  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 WdI9))J2S  
   9 CC     -5.54999790 ia6%>^  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 8w/$!9[  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 7uQiP&v  
   9 CTE   0.600000E-04 -j9Wf=  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' .5*5S[  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 c&me=WD  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Is57)(^.-  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8T-/G9u  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 &8$Gyu  
   9 PLASTIC g9C/Oj`I  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR -|V
1A[  
   10 CC      0.92206943 a|S6r-_;s  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ynY(
 
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 a4aM.o  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |I \&r[J  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 GWd71ZtFO  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 1seWR"  
   11 CC     -0.42284721 |z1er"zR)  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 /5M0[C E  
   11 CTE   0.720000E-04 *WMI<w~_  
   11 GTB U    'OKP4            ' >V1vw7Pa  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Hw29V //  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Jj%"
  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 k6eh$*!  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 r c++c,=  
   11 PLASTIC D]tI's1  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR `4IZ4sPi  
   12 CC    -21.87743665 pNUe|b+P  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 HE!"3S2S&+  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Z?JR6;@W  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -So$f-y  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 O1+OE!w  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 )O+Vft&#  
   13 CC     -2.93101390 2nra@  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 (fNG51h!  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Dxvizd>VU  
   13 CTE   0.600000E-04 aFw \w>*^  
   13 GTB U    'ZEON480R        '
6&* z  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 okm }%#|  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _p*a`,tK  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3
ch<a0  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ,F%2'W  
   13 PLASTIC ?i{/iH~Sf  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR 4yK{(!&i+  
   14 CC     16.95417460 &c[ISc>N{  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 WU$l@:Yo  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 E4N/or  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 NI  r"i2  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 G22{',#r8  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR PQj'D<G  
END l4bLN  
Llf#g#T  
另一种广角镜头： TI/5'Oke$  
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。
"LNLM  
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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 ?ESsma6  
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。 KPjC<9sby  
CL3b+r  
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。 C;3  
3ncN)E/@  
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。 XjXz#0nR  
7!F -.kG  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。