[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。 ]E7F/O/.  
X1,I  
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： :8I9\eet3  
svsqg{9z  
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。 v>:Ur}u!D  
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： fJ5
iS
 
b`(}.r?W  
tI]Q%S,  
镜头文件： Jlri*q"hE  
RLE ;m0~L=w  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH -O1>|y2rU  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 =FlDb 5t{  
APS               5 Bz^jw>1b  
UNITS MM rr+|Zt Y  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 5rwu!Y;7*  
PZ2;v<  
   0 AIR UXeN
8  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR f6EZ( v  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 k\wW##=v  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 t!*?dr  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR t 4PK}>QW  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 3e #p@sB  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 +Um( h-;  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     H0:E(}@  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR WM Fb4SUR  
END !_"@^?,q  
w&X<5'GM  
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。 BYpG  
%.vQU @2A  
CORE 16 ;>#wU'  
DSEARCH 2 QUIET Jy^u?  
USE CURRENT 5 ALL ;l4[%xld  
:X0k]p  
GOALS .Fs7z7?Y  
ELEMENTS 5 1=t>HQ  
FNUM 2 1 B,<da1(a  
BACK 10 SET <_h~w}  
STOP MIDDLE b+,';bW  
STOP FREE O|\J}rm'  
ASPH Q "*($cQ$v  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 YT8vP~  
FOV .2 .4 .6 .8 1 9K
pa><  
DELAY OFF h xSKG  
NGRID 6 7/!8e.M\  
SNAP 10 mN~ci 0  
PLASTIC 5 7 9 11 13 zer%W%  
!QUICK 30 40 %kv0Wefs  
ANNEAL 50 10 Q -
!q:p&c  
NPASS 50 Z LB4m`  
END Cf TfL3(J  
SPECIAL AANT !5.8]v
 
ACC 10 1 1 &wie]  
ACA 70 1 10 Y?S!8-z  
LUL 90 .1 1 A TOTL `2'#!-  
END j!_;1++q  
GO ->sm+H-*  
XDsx3Ws  
Lilr0|U+  
LISMngQ.  
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。 }&/o'w2wY  
C3*gn}[  
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。 D6%J\C13`  
K17j$o^6KK  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 n.T&}ZPz\v  
^.KwcXr  
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 }#.L7SIJ<J  
bW$J~ynM  
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： uZM{BgXXD  
iEd\6EZ  
txW{7+,  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 -j%,Oo  
j:5=s%S  
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。 mk1bcK9  
~R_ztD+C(  
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。 8JM&(Q%#  
{aY%gk?y#>  
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 'd.EC#  
APS -9 Rec6c&5_  
CSTOP `!XY]PI+e  
WAP 2 _(Sa4Vb=Q6  
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。 +g` 'J$  
I Y2)?"A  
iTFdN}
U  
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。 %70~M_  

eAXc:222  
TcIcS]w%  
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。 qDv93  
ABF"~=aL  
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。 <Fi%iA  
{XNREjhm  
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） fBalTk;G{U  
p<zSJLN  
~;1l9^N|  
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。 J/\V%~ 1F  
lLp^Gt^}w(  
yHs-h   
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。 k
*Q<3@S  
RLE j<u@j+V  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 ~MS\  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           Db)?i?o}t  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' & @s!<9$W  
MERIT   0.617523E-03 6b+b/>G0  
LOG        4 t"k*PA  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300
^~G8?]w  
APS              -9 }D7I3]2>  
CSTOP ?%`@ub$  
WAP                2 F_;vO%}  
UNITS MM   nyBJb(5"B  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         J13>i7]L%  
Fe]B&n  
   0 AIR IkBei&4F`  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR pV20oSJNt  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 wW#}:59}  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 )^4\,
u\@  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR 3T"j)R_=l  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 ;cPy1  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 T2SP W@#Z3  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR AT9q3  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 V#cqRE3XNi  
   5 CC     15.35107422 U}MXT<6  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 5$wpL(:R(  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 *tgnYa[l  
   5 CTE   0.650000E-05 3E>frR\!I  
   5 GTB U    'AD-5503         ' enp)-nS0  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 IG|X!l  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 H2um|6>  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 pcT:]d[1)  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 fcNL$U&-,i  
   5 PLASTIC -TM0]{  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR +RnkJ* l  
   6 CC     -1.63833609 %,D<O,N  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ZCB_  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 J.ck~;3  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 gF[z fDm  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 u>TZt]h8  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 AgFVv5  
   7 CC     -3.18613168 u86"Y^d#  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 \ C+(~9@|  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Hm$=h>rY9[  
   7 CTE   0.600000E-04 A
j2OkD  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' ,`gl&iB  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 q|Qk2M  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 HYD"#m'TkB  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 .G+Pe'4a  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 AwslWkd=  
   7 PLASTIC Z\HX~*,6  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR kAu+zX>S+  
   8 CC     -0.98132904 d
4nH_?  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 u
O=aaKG  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 =li|  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ")V130<  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^4,
a8`
  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 J2j U4mR  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 Q5FM8Q
 
   9 CC     -5.54999790 Q8D
QlqHm  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 n84GZ5O>7  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 s
O.`x*  
   9 CTE   0.600000E-04 ,(;lI
P  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' /\H>y  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 QF&W`c  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^NX"sM0g  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {W]=~*w  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 u%/goxA  
   9 PLASTIC (HSgEs1d  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR 1qf!DMcdZ  
   10 CC      0.92206943 RLSc+kDH_  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #/I[Jqf  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 R1& [S/  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 cIp D~0\  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 h}]fnA  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 Pv<24:ao  
   11 CC     -0.42284721 3"G>>nC&  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 [+OnV&  
   11 CTE   0.720000E-04 L5qwWvbT  
   11 GTB U    'OKP4            ' jK' N((Hz  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 vq!_^F<  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6$ Gep  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 1.gG^$Jd  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 5vw{b
?  
   11 PLASTIC jq+A-T}@  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR k%E2n:|*  
   12 CC    -21.87743665 H)>@/"j;  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 =IUUeFv +r  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 bzvh%RsW  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
D`xHD#j h  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 cKn`/\.H  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 xY$iz)^0&  
   13 CC     -2.93101390 mWyqG*-Hb  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 l2&`J_"  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 2e|N@j &  
   13 CTE   0.600000E-04 4WE6fJ2X  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' r)i>06Hd  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 fPrLM'  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 =&},;VOh  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 4T?h  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 b
O&7-Z~:=  
   13 PLASTIC +Y V|ij  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR JMVNmq&0  
   14 CC     16.95417460 ^1wA:?uN}  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 \'M3|w`f  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ]XTu+T.aT  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 TO-nD>  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 %%Qo2^-  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR fPR$kch  
END %eJGte-  
Vp<seO;7o  
另一种广角镜头： o
X4q`rt  
在本章的第一部分中，我们观察到，超过90度的输入角需要一个定制的前端，其目的是将主射线的角度减小到一个更易于控制的值，以便光线能够通过。但如果这个领域的角度小于90度，工作就简单多了。 /l{&iLz[  
e4G4GZH8  
点击打开 C45M2，我们使用 DSEARCH 本身，没有添加前端，并指定广角校正参数(WAC)为50度，此镜头的最大视场角为86度而不是92.4度 *A~ G_0B  
本例中，搜索统计显示，待分析的128例中，共有59例由于光线追迹失败而跳过。如果在不带WAC参数的情况下运行这个宏，程序将跳过128种情况中的125种。不要跳过用例总是一个好主意，因为有希望的配置可能会被错过。当你用 DSEARCH 搜索最佳镜头设计时，WAC参数是你可以尝试的另一个参数。 Cn_$l>  
Q0\0f
 
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。 MgC:b-&5_  
@&"Pci+-|  
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。 'oN\hy($,h  
(4@lKKiU%H  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。