[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。 Kl1v^3\{  
SQp|  
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： TBj
2(Z  
Y"Cf84E  
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。 L
CF}Y{  
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： 4>JSZ6i#n  
Ss3p6%V/  
VUb>{&F[  
镜头文件： W5*ldXXk  
RLE UhxM85M;x  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH -IPo/?}  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 &Mh.PzO=b  
APS               5 2qMiX|Y  
UNITS MM hFtV\xFK  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 p{f R$-d  
 |/Nh#  
   0 AIR d&AG~,&d|  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR _NDQ2O  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 uLhGp@Dx  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 N*Y[[N(  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR mF4W4~
"  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 KVi6vdgD  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 TdhfX{nk  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     &@~K8*tmK  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR B#K gU&Loo  
END fSo8O  
V!}I$JiJ  
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。 H.5 6  
(tK_(gO  
CORE 16 w$]G$e  
DSEARCH 2 QUIET r!r08yf  
USE CURRENT 5 ALL xIdb9hm<  
m&)/>'W  
GOALS :;$MUOps  
ELEMENTS 5 0s n$QmW:  
FNUM 2 1 u>XXKlW:  
BACK 10 SET h ldZA  
STOP MIDDLE ;,y_^-
h;  
STOP FREE 9z,sn#-t  
ASPH Q X5WA-s(?0  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ?1Nz ,Lc$  
FOV .2 .4 .6 .8 1 Yy~x`P'g!  
DELAY OFF :ez76oGyc  
NGRID 6 |d0X1
(  
SNAP 10 G|cjI*  
PLASTIC 5 7 9 11 13 #X(2  
!QUICK 30 40 [Rj4=qq=  
ANNEAL 50 10 Q !@C-|=9G  
NPASS 50 v.ZUYa|  
END V_i&@<J  
SPECIAL AANT 1^_W[+<S/  
ACC 10 1 1 r] /Ej!|  
ACA 70 1 10 )xp3 ElH  
LUL 90 .1 1 A TOTL R0t!y3r&N  
END ,Uh
^e]pC  
GO 8UB2 du@?  
&Wy>t8DIK  
'`8 ^P  
Xl=RaV
^X"  
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。 ?0)K[Kd'Y  
?;#Q3Y+  
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。 @@ j\OR  
p,=IL_  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 ( yLu=  
CUDA<Fm  
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。 zE;|MU@|  
u.E>d9  
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： Q``1^E'  
uV|F
3'jT  
t!4 (a0\$F  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 ;FI'nL  
Tkr~)2,(I!  
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|TUH+|  
5NkF_&S_1  
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。 H/t0#  
N?3p,2  
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 46M=R-7=  
APS -9 j7d^ga-`  
CSTOP |`yU \  
WAP 2 '`tFZfT  
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。 6r^ZMW  
(]k Q9}8  
 irh Z  
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。 Sc3{Y+g  
K}q5,P(  
Z$i?p;HnW  
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。 "4KyJ;RA*  
f*V^HfiQb  
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。 EWl9rF@I  
 )%9:k9  
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） 
UU}Hs}  
uR=*q a  
aR
)UHxvX  
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。 g}?39?o4  
$v8T%'p+  
l7WZ" 6d  
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。 |+-b#Sa9  
RLE %h_N%B$7c1  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 .^- I<4.  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           #pD=TMefC  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' Qc Xw -  
MERIT   0.617523E-03 5:~ zlg  
LOG        4 f'j<v  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 m9'bDyyK  
APS              -9 Ngrj@_J  
CSTOP >'3nsR  
WAP                2 REOWSs$'  
UNITS MM   $-]9/Ct  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         4SkCV  
%u?A>$Jn  
   0 AIR 'Urx83  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR =`qEwA  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 R|\kk?,u  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 [Z[ p@Ux  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR H9=8nLb.  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 fHF*#  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 PmUq~YZ7  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR ur+\!y7^R  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 ocj^mxh=O  
   5 CC     15.35107422 &7w*=f8I  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 KctbNMU]k  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 {UuSNZ[^  
   5 CTE   0.650000E-05 *)T7D
N8  
   5 GTB U    'AD-5503         ' c*V/2" 5  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 70A* !v  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 o|1_I?_  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00  LII4sf]  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 {G-y7y+
E  
   5 PLASTIC p=dM2>  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR bl8y o4  
   6 CC     -1.63833609 ^}Gu'!z9D  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 q!) nSD  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 K1*V\WRW5  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 NvJ}|w,Z  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 p~<d8n4UH  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 !?GW<Rh  
   7 CC     -3.18613168 }\.Z{h:t ?  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Dp;6CGYl?  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ;TCT%j`^o  
   7 CTE   0.600000E-04 tzG.)Uqs  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' Ft 2u&Rtx  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 QzD8 jk#  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 WTj,9  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 zy@ nBi^  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `>\>'V<&  
   7 PLASTIC L[}Ak1 A  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR )uH#+IU  
   8 CC     -0.98132904 c~n:xblv  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 cy( WD
#^  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 9>[*y8[:0  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 K`twbTU  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 j# !U6T  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 Q1u/QA:z7  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 rL<a^/b/=  
   9 CC     -5.54999790 @SH$QUM(  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 //-;uEO  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 +jGSD@32>  
   9 CTE   0.600000E-04 |Fp+9U  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' o_on/{qz  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #'oGtFCd`  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 @hj5j;NHK  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;wj8:9 ;  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 _*LgpZ-2(  
   9 PLASTIC y-^m  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR ;TTH  
   10 CC      0.92206943 *MZa|Xy  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 8;1,saA_9  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 31k2X81;a  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;A;FR3=)  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 p1B~F  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 @;ob 4sU  
   11 CC     -0.42284721 Q,<V)  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 1CpIK$/  
   11 CTE   0.720000E-04 ud:5_*  
   11 GTB U    'OKP4            ' BoHpfx1C  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^%jk.*  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 B4 +A  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6Dz N.fz  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 8a,pDE  
   11 PLASTIC ,AEaW  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR }?^5L7n  
   12 CC    -21.87743665 b[os0D95  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 1?,1EYT"  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 II) K0<  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \:D"#s%x  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 &^1{x`Qo=  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 o GN*p_g  
   13 CC     -2.93101390 4"~l^yK  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 :oO ?A
 
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 A8U\/GP  
   13 CTE   0.600000E-04 }(/\vTn*1  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' $ n"*scyI  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ;<N%D=;}@  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Ze"m;T  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,Aw Z%  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 2pmqP-pKd  
   13 PLASTIC Qs\*r@6?  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR 8~ wP?  
   14 CC     16.95417460 k<}
3_   
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Q%!Dk0-)  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 X;7hy0Y  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 P^[y~I#{  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 gAr=fq-|  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR vo>i36  
END Yan}H}Oq  
W[<ZI>mf  
另一种广角镜头： W^YaC (I  
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。 A~({vb'  
W5,&*mo  
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 $:RR1.Tv  
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。 qL4s@<|~  
7~Z(dTdSG  
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。 U^8S@#1Q  
b|e1HCH  
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。  JKV&c=I  
uHq;z{ 2GI  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。