[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。 <IW$m!{VG  
bpa?C  
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： 'dc#F3  
u_Z+;{]Pj  
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。 >+T)#.wo&  
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： tfWS)y7  
:[d9tm  
llDkJ)\  
镜头文件： `XDl_E+>l  
RLE uhq8  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH
akTk(  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 M D#jj3y  
APS               5 F((4U"   
UNITS MM #Bw0,\  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 qZZK#,Qb  
cm+P]8o%{  
   0 AIR j5h-dK  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR =-Ck4e *T  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 PQE=D0  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 .fs3
>@T"#  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR I( Mm?9F  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 \ B%+fw  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 TkF[x%o  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     Pc]HP  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR 1x
x}~|F?|  
END 5~S5F3  
|1Z)E+q*:  
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。 @PIp*[7oC  
NX&_p!_V  
CORE 16 wdoR
%b{M  
DSEARCH 2 QUIET gI`m.EH}}N  
USE CURRENT 5 ALL *=xr-!MEk  
$Ygue5{c  
GOALS 2>59q$|  
ELEMENTS 5 og>uj>H&  
FNUM 2 1 R^e'}+Z  
BACK 10 SET 2t1ZIyv3D  
STOP MIDDLE -7|H}!DFT  
STOP FREE c4zR*  
ASPH Q Y|/ 8up  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 UL9n-M=  
FOV .2 .4 .6 .8 1 $NO&YLS@  
DELAY OFF HOJV,9v N  
NGRID 6 . 'yCw#f  
SNAP 10 P+HXn8@  
PLASTIC 5 7 9 11 13 EBmt9S
 
!QUICK 30 40 d0 /#nz  
ANNEAL 50 10 Q aQI(Y^&%3  
NPASS 50 `qwBn=  
END %xt^698&X  
SPECIAL AANT HLi%%"'  
ACC 10 1 1 \.}c9*)  
ACA 70 1 10 uvS)
8-o&F  
LUL 90 .1 1 A TOTL q" 5(H5  
END Vf1^4t  
GO Q=dy<kg']  
[1H^3g '  
|vzl. ^"-  
PmM3]xVzd  
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。 |e0`nn
=  

r,2g^K)6  
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。 3T0"" !Q  
eJ81-!)  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 ~7Ux@Sx;  
H" 7u7l  
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。 2I{"XB  

<QGXy=  
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： 0Wp|1)ljA  
Z<{QaY$"  
Yz)q
cU  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 MnW+25=N  
FML(4BY,  
现在需要进一步改进设计。运行 DSEARCH 产生的优化 MACro，镜头的性能变化很小。 P0jtp7)7  
8*a&Jl  
现在必须检查视场的像质。 在 PAD 中，单击PAD工具栏中的“扫描”按钮，然后观察到靠近曲面9的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中，我们必须控制它。 LjHVJSC  
Rbv;?'O$L  
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 eb$#A _m  
APS -9 Eu04e N  
CSTOP El"Q'(:/U  
WAP 2 KJZ4AWH`  
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。 lsNd_7k  
#:%/(j  
mpJ#:}n  
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。 63B?.  
;i:d+!3XwC  
9=2$8JN=(l  
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。
IIx#
2r  
Uf+%W;}  
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 NQ2E  
H} g{Cr"Ex  
再次运行 MRG，这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑胶。设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） ;sFF+^~L  
P7/X|M z  
hY8reQp1  
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 SasJic2M  
*-p}z@8  
/&94 eC  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 6)Lk-D  
RLE "snw4if  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 1|wL\I  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           6!FQzFCZq  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' I~XSn>-H  
MERIT   0.617523E-03 u;c?d!E  
LOG        4 Tnm.A?  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 U/NoP4~{  
APS              -9 J7p),[>I<  
CSTOP "9e\c;a  
WAP                2 u.Dz~$T  
UNITS MM   92KRb;c  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         G'A R`"F  
M/gGoE{  
   0 AIR ?5 7Sk+  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR g}',(tPMZ  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 _5N]B|cO  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 uW36;3[f#1  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR n6a`;0f[R  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 oILZgNe'  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 :6\qpex  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR 9qG6Pb  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 *!7O~yQ  
   5 CC     15.35107422 N<injx  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 )P|),S,;Z  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 u4h4.NHX  
   5 CTE   0.650000E-05 &KRX[2  
   5 GTB U    'AD-5503         ' Y/zj[>  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 65Yv4pNL  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Q$@I"V&G.  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 yO~Ig `w  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 u:_,GQ )\  
   5 PLASTIC jtc]>]6i  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR @6T/Tdz  
   6 CC     -1.63833609 g7W"  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 7O-x<P;  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 WEi2=3dV  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 E09:E  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 PxDh7{  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 cHt#us  
   7 CC     -3.18613168 wD'SPk5S?  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 HCC#j9UN6  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 5C5sgR C  
   7 CTE   0.600000E-04 ]-/VH
h  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' ckE-",G  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Dwfu.ZJa  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 b!5~7Ub.No  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 xYpd: Sm  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 J{fH['tzO  
   7 PLASTIC 9m~p0ILh  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR o]I\6,T/|  
   8 CC     -0.98132904 GDiBl*D  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 q'Tf,a  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ZRU{[4  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 VQ9/Gxdeo  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 lp%pbx43s  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 C1 GKLl~  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 6zuTQ^pz  
   9 CC     -5.54999790 H*'IK'O  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 %2V?,zY@  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 [j/9neaye  
   9 CTE   0.600000E-04 hy"\RW  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' UJ')I`zuI  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 fSvM(3Y<Qh  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :(*V?WI  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 9 X`Sm}i  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 jLHkOk5{:  
   9 PLASTIC @>Km_Ax  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR h^(*Tv-!  
   10 CC      0.92206943 y,,dCca  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Zw S F^  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 EDl!w:  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 V#gK$uv  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^KT Y?  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 !9VY|&fHe  
   11 CC     -0.42284721 rlSeu5X6  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 c2 C8g1n  
   11 CTE   0.720000E-04 O^duZ*
b  
   11 GTB U    'OKP4            ' yZU6xY  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 }-2 2XYh  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 h_,i&d@(  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0gP}zM73  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 '/p/8V.O.  
   11 PLASTIC DgQpHF  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR tGE$z]1c@  
   12 CC    -21.87743665 FxWSV|Z  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 3<f}nfB%r?  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2*l/3VW  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 w4{<n/"  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 W/bQd)Jvk  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 K)|G0n*qS  
   13 CC     -2.93101390 \aUC(K~o\;  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 z3m85F%dR  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 \\H}`0m:  
   13 CTE   0.600000E-04 (Y?gn)*t  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' 6@F9G4<Z  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 cO+qs[ BQ  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Y0dEH^I  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ' ;FnIZ  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 h# o6K#  
   13 PLASTIC /cQueUME`  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR e>7>j@(K]  
   14 CC     16.95417460 Q}K"24`=  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^Hnb}L  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 P90yI  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 'ud{m[|  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 li'YDtMKCY  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR J~zUp(>K  
END '/n1IM$7  

6"5A%{J  
另一种广角镜头： 8hz^%vm  
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。 :vqgGKml$  
Ls$D$/:q?  
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
Kp~VS<3  
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。  vzs)[AD  
z2_*%S@  
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。 =_ ./~  
HU8900k+  
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?TFg  
Vl/+;6_  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。