[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。 Bv<gVt  
aw*]b.f  
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*k(Q5
&U  
.a@12J(I  
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。 MltO.K!  
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： RcYUO*  
\Bo$ 3  
`p()ko  
镜头文件： u9"=t  
RLE ZO<,V  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH OFtaOjsyUa  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 &E&~9"^hQL  
APS               5 gzs\C{4D  
UNITS MM "6jt$-?  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 t{>K).'  
~(R=3  
   0 AIR Py;5z  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR JQ%hh&M\0  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 leC!Yj  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 t.( `$  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR h*fN]k6  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 Gn2{C%  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 ( cs  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     lUu0AZQmG  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR y RxrfAdS  
END VE
gtN}  
JR]2Ray  
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。 => (g_\  
dL0Q8d\^T  
CORE 16 7ui<2(W@0  
DSEARCH 2 QUIET e}uK"dl(  
USE CURRENT 5 ALL `]5qIKopL  
*p(_="J,  
GOALS :H&Q!\a  
ELEMENTS 5 v
Fk@  
FNUM 2 1 . Vb|le(7  
BACK 10 SET X~r9yl>  
STOP MIDDLE 8Yq06o38C  
STOP FREE hi"C<b.  
ASPH Q UVw^t+n  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 )J 'F]s  
FOV .2 .4 .6 .8 1 j#//U2VdN  
DELAY OFF xrg"/?84  
NGRID 6 D)-LZbPa  
SNAP 10 C'I&<  
PLASTIC 5 7 9 11 13 :TTq   
!QUICK 30 40 8!2)=8|f  
ANNEAL 50 10 Q fJ*^4
  
NPASS 50 
":/c|!  
END `Q*`\-8J  
SPECIAL AANT E>_Rsw *  
ACC 10 1 1 b\"F6TF:  
ACA 70 1 10 (u 7Lh>6%  
LUL 90 .1 1 A TOTL O!"K'Bm  
END Y~}MfRE3z  
GO Tr?p/9.m  
S>dHBR#AD  
y[i}iT/~  
)
f~;P+  
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。 pb97S^K[  
8xlj,}QO\  
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。 OL\-SQ&  
]0R*F30]  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 !}6'vq  
@|: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。 E
3'I;  
xo@1((|z  
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： )x!q;^Js9A  
5~h)pt47  
]|3hK/  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 U '{PpZ  
j& 7>ph  
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。 ~3s?.[}d  
sK%b16#  
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。 Vs"
b  
gxO~44"  
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 {gzQ/|}#z-  
APS -9
XuP%/\  
CSTOP 4S42h_9  
WAP 2 =Z.0-C>W  
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。 W<q<}RSn  
diXWm-ZKL  
vEx'~_+a9  
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。 fExFpR,`  
q#j[0,^ $  
\8#[AD*@s2  
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。 ILCh1=?{9r  
<J d!`$  
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。 l'l&Zqd  
46vC/  
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） fOMaTnm'  
p{oz}}  
F+Kju2  
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。 -$!r+4|q  
i3XtrP""  
r~=+>, _  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 G>pedE\  
RLE ?n<F?~  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 0VvY(j:hp  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           D;JZ0."  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' iAe"oXK|  
MERIT   0.617523E-03 y a$yRsd`  
LOG        4 \@PMj"p|:  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 JAHmmNlW  
APS              -9 Q=!QCDO(  
CSTOP #>_t[9;  
WAP                2 !ldE9 .  
UNITS MM   n%h009-5  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         >W+,(kAS  
zecM|S_  
   0 AIR kPOk.F%)  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR 0qR#o/~I  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 ],AtR1k  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 4+qo=i  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR x=0Ak'1M  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 qh bagw~  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 _&(Wz0  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR dDiy_Q6  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 PUea`rE?R  
   5 CC     15.35107422 <O) if^  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 5<X"+`=9  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 W' Y
<iA  
   5 CTE   0.650000E-05 j*2/[Eq  
   5 GTB U    'AD-5503         ' ,6y.wNb:F  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 y-@`3hYM
@  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 KdiJ'K.  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8F\'?7  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 q:F6MW  
   5 PLASTIC pV<K=;:x>  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR <> HI(6\@Z  
   6 CC     -1.63833609 ,P`:`XQ>_B  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 3I'7+?@@l  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &: LE]w  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 w)go79  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 TH>uL;?=  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 &%3}'&EBv  
   7 CC     -3.18613168 V#599-  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Oc~<
`C~  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 u<
"-S63+  
   7 CTE   0.600000E-04 Fbotn(\h@  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' m k~F@  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Oxu}W%BF*  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &iuMB0rbu  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3-y2i/4}$  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 n%2c<@p#  
   7 PLASTIC BDL[C<d(  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR ty;a!yjC  
   8 CC     -0.98132904 aEUEy:.  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 4D.h~X4  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 O~Jf"Ht  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 1jK2*y  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 4
,`t9f^:  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 N#OO{`":Z`  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 D(_j;?i  
   9 CC     -5.54999790 W)2
k>cS  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 laCVj6Rk  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ?MRT  
   9 CTE   0.600000E-04 ?S)Pv53>}  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' nFwg pT  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 w$qdV,s 7  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Fyz1LOH[X  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 HlxgJw~<  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !{r@ H+Kf  
   9 PLASTIC it j&L <e  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR Ta8lc %0w3  
   10 CC      0.92206943 06af{FXsGb  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 TY+Rol;!  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 z9Y}[pN  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 O8*yho  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Q:b>1  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 R,hwn2@B  
   11 CC     -0.42284721 rgv$MnG  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 RLh%Y>w  
   11 CTE   0.720000E-04 b5 AP{ #  
   11 GTB U    'OKP4            ' :Mu]*N  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !&G& ~*.x  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *%]&5  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 od/Q"5t[p  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 GQ9H>Ssz  
   11 PLASTIC x50ZwV&j
 
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR Nk\/lK\  
   12 CC    -21.87743665 meD?<g4n~"  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 n~yhX%=_Du  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 K}dvXO@=|c  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |r`0< `  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 =6,w~|W  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 O3L:v{Kn  
   13 CC     -2.93101390 Vg`32nRN  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 VPDd*32HC  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 I(Q3YDdb  
   13 CTE   0.600000E-04 $=!_ !tr  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' ;`Wh^Qgi  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 [@/x   
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 O=}jg0k  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |/RZGC4  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 csv;u'  
   13 PLASTIC /n1H;~f]  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR ;0 9~#Wop  
   14 CC     16.95417460 *edhJUT  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 /s`8=+\9  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Z&Z=24q_  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 D7,{p2<2T  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 =@ed{~
 
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR
HqKD
]1  
END Ix+\oq,O  
vy5SBiK  
另一种广角镜头： U=KFbL1Q  
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。 L%[b6<  
FJ V!B&  
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 G+W0X  
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。 6tT*b@/_o  
,=t}|!jx  
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。 {b]V e/\  
d7!,  
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。 D"GQlR  
i{nFk',xX  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。