[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。 ;M Z@2CO  
\M`fkR,,'  
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： 15FGlO<<  
C\dlQQ  
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。 #`H^8/!e  
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： /1q] D8  
JP<Z3 A2q  
wc'K=;c  
镜头文件： O(E-ox~q  
RLE K06/ D!RD4  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 8h2!8'  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 +2ih!$T;7>  
APS               5 QP e}rQnm  
UNITS MM QYL ';  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 %7?v='s=  
Kv:ih=?  
   0 AIR [2,u:0"  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR
VSkx;P  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 xQhvs=Zm]  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 f V.(v&  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR 4&/-xg87(  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 hD/bO  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 VmB/X))  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     +6{KrREX)  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR IczEddt@'  
END r8M/E lbk  
|7I.DBjR;  
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。 9D_4]'KG  
 iV71t17  
CORE 16 UmU=3et<Wj  
DSEARCH 2 QUIET O,[aL;v  
USE CURRENT 5 ALL U9xFQ=$2  
<u"#Jw/VP  
GOALS hGF(E*  
ELEMENTS 5 EQ>bwEG  
FNUM 2 1 <_H0Q_/(  
BACK 10 SET !+H=e>Y6  
STOP MIDDLE "FaG5X(  
STOP FREE 1W HR;!u  
ASPH Q xZmKKKd0*  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 /7h%sCX  
FOV .2 .4 .6 .8 1 D@Fa~O$75  
DELAY OFF ,Ql3RO,  
NGRID 6 t Q_}o[  
SNAP 10 j&Ayk*  
PLASTIC 5 7 9 11 13 H$ xSl1>E  
!QUICK 30 40 $zz=>BOk  
ANNEAL 50 10 Q 9&'Mb[C`"  
NPASS 50 Y@u{73H  
END 2#1FI0,Pa*  
SPECIAL AANT D
l/UZ@8pl  
ACC 10 1 1 &H5 6mL{  
ACA 70 1 10 N &p=4  
LUL 90 .1 1 A TOTL Z/uRz]Hi  
END !,\9,lc  
GO sS(^7GARa  
Ok({Al1A,w  
qm]ljut  
9LJ/m\bi  
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。 ? *I9  
n3b@6V1_  
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。 w6Tb<ja  
o<l4}~a  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 o ohf))  
W {dx\+  
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。 +S%@/q  
F<-Pbtw  
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： 'Dk(jpYB  

gYzKUX@  
]P<&CEk  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 ^QW%<X  
\wDOE(>  
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。 A7b7IM
[  
oS,<2Z  
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。 [sNn^x  
Rb#Z\e}e-  
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 )s=z i"  
APS -9 \HK#d1>ox  
CSTOP )If[pw@j  
WAP 2 Va*Uwy?x/)  
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。 (vj2XiO^+  
6o1.?t?  
;:$Na=  
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。 !&'xkw`  
$yFur[97C  
1;:2
=8  
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 [?IERE!xQ  
nW drVT$  
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。 Z(}x7jzW  
z~VA#8>  
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） o$-8V:)6d  
jZ{S{"j  

,-b{oS~u  
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。 <hK$Cf_  
|t]9RC.;7  
Iiy:<c  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 ]nQ$:%HP  
RLE s?6 7@\  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 !gk\h  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           V.-?aXQ*  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' <7jb4n<  
MERIT   0.617523E-03 Ch.T}%  
LOG        4 y\S7oD(OR  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 / P:Hfq  
APS              -9 =:g^_Hy  
CSTOP zhCI+u4/qz  
WAP                2 yCkm|  
UNITS MM   mhVoz0%1X  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         HJ'
93,  
3=<iGX"z  
   0 AIR `-/l$A} U  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR Y(:OfC?  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 xBZ9|2Y s  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 (Dar6>!  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR ipzUF o<w  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 8;!Eqyt  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 L$Leo6<3a  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR NSgHO`gU8  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 )4`Ml*7x  
   5 CC     15.35107422 D}061~zb$  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 *3ne(c
 
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 vV[dJ%  
   5 CTE   0.650000E-05 ~c="<xBE  
   5 GTB U    'AD-5503         ' nfJ8Rt   
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #PrV)en  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 j^ _I{  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 a?Y1G3U'  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 d=#p w*w  
   5 PLASTIC ?V{k\1A  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR x<Zhj3  
   6 CC     -1.63833609 B![5+  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 hY1|qp  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Fkz  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \i,cL)HM  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ];I|_fXo%  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 ZM vTDH!  
   7 CC     -3.18613168 {\aSEE/'  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 9_Re,h  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 @*DIB+K  
   7 CTE   0.600000E-04 
#c^Q<&B  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' ZmULy;{<)  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 w}.'Tebu  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 VRX" @uCD  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ?:?4rIZ<  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Z0=m:h  
   7 PLASTIC ~t:b<'/  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR <nvWC/LU  
   8 CC     -0.98132904 <]'"e]  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |\a:]SlH  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 O8r"M8  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~& 5&s  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 (oXN>^-D  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 {}pqxouE  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 cY2-T#rL  
   9 CC     -5.54999790 O^}v/}d  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Uxemlp%%*  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 -m160k3  
   9 CTE   0.600000E-04 w`}9/s;$  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' KupMndK  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 %EGr0R(  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <KwK tgzs  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }Hz-h4Z  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 "rGOw'!q>  
   9 PLASTIC <8)s  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR +^kxFQ(:  
   10 CC      0.92206943 nuQ6X5>.=  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00
Tj=dL  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 >Mn>P!  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5!ubY 6Ph  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 %%~}Lw  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 _?s %MNaX  
   11 CC     -0.42284721 OF&h=1De,  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 8},<e>q  
   11 CTE   0.720000E-04 U+;>S$  
   11 GTB U    'OKP4            ' Iz)hz9k  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 T@|l@xm~L  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 z8[H:W#G  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 bW9"0=j[{  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 )M'UASB;8  
   11 PLASTIC nnE_OK!}T  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR {KDgK  
   12 CC    -21.87743665 A*;?U2  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 irsfJUr[V  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _IL2-c
8  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 v'@b.R,  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ~*!u  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 "XNu-_$N<a  
   13 CC     -2.93101390 iS"8X#[]N  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 rQEi/  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 XocsSs  
   13 CTE   0.600000E-04 :Sc8PLT  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' vWl[l -E  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *AH^%!
kVP  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ZCQ<%f  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6z3T?`}Y  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 8PBU~mr  
   13 PLASTIC P>Q{He:  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR
w,Z"W;|  
   14 CC     16.95417460 lRDxIuTK  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 wn+j39y?ZY  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 V5a?=vK9  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 A)Qh  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 -\kXH"%  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR s=N#CE  
END -|}%~0)/bH  
8geek$FY x  
另一种广角镜头： ivzAlwP  
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。 yGvDn' m  
hCM8/Vvx6  
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 :N@U[Wx0A  
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。 YwL`>?  
$n= O  
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。 '{[!j6wt\  
G#H9g PY  
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。 bj@xqAGl  
HG2GZ}~^1  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。