[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。 <F'\lA9  
);YDtGip J  
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： eyxW 0}[  
x4O~q0>:Le  
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。 gRzxLf`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： !8b^,  
DHRlWQox  
4<v&S2Yq  
镜头文件： x?<FJ"8"k  
RLE 8zb/xP>  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH |uJ
%5y#  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 *n!J=yS  
APS               5 _yT Ed"$  
UNITS MM |V(0GB  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 \b>]8Un"  
q,%st~  
   0 AIR 0*v2y*2V  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR  L
"aeG  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 7j{?aza  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 w!XD/jN  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR 5lum$5  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 ugBCBr  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 M3au{6y  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     }QmqoCAE~m  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR MqMQtU9w  
END 1 -b_~DF  
`GLx#=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。 eJX#@`K  

t#yuOUg  
CORE 16 QsW/X0YBv  
DSEARCH 2 QUIET '<uq3?5  
USE CURRENT 5 ALL y)<q/  
R|Q?KCI&  
GOALS phz&zlD  
ELEMENTS 5 (V@HR9?W)  
FNUM 2 1 _VXN#
@y  
BACK 10 SET yDh6KUK  
STOP MIDDLE 2Z%O7V~u  
STOP FREE WY]s |2a  
ASPH Q Ea=P2:3*  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 yh=N@Z*zP  
FOV .2 .4 .6 .8 1 Xnh8e  
DELAY OFF f *)Z)6E  
NGRID 6 DaVa}  
SNAP 10 K> e7pu  
PLASTIC 5 7 9 11 13 z?//rXuO  
!QUICK 30 40 :
E?V.  
ANNEAL 50 10 Q Z6m)tZVM  
NPASS 50 M3Kfd  
END %|4UsWZ  
SPECIAL AANT WF"k[2  
ACC 10 1 1 A2Tw<&Tw(  
ACA 70 1 10 ;wD)hNLAvR  
LUL 90 .1 1 A TOTL J=yT
bSN\v  
END Xm&L BX  
GO ']oQ]Yx0  
tMe~vq[  
E} .^kc[(4  
%>s|j'{  
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。 mA}"a<0  
A)KZa
"EX  
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。 =w^M{W.w  
B-ESFATc  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 oXS}IL og'  
(iGTACoF  
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。 |nF8gh~}  
/7LR;>Bj  
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=:|R
3U/  
:H[6Lg\*  
a: K[ y  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 F5#YOck&,  
5(8@%6>ruj  
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-E  
Er[A X.3  
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。 FgI3   
=":,.Ttq41  
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 bN88ua}k{  
APS -9 j~QwV='S  
CSTOP ,2)6s\]/b  
WAP 2 IO> yIU[  
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。 c"xK`%e  
9{uO1O\  
xwty<?dRW1  
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。 4`R(?  
W'.m'3#z  
KG5>]_GH  
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。 ]:\dPw
`A  
6aV_@no.C  
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。 v9UD%@tZ  
Q5_o/wk  
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）  Mc}^LDX  
Tb-F]lg$  
<^uBoKB/f  
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。 k$7Jj-+~  
 f V(J|  
a@*\o+Su  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 I`p;F!s  
RLE "wHFN>5B  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 -PQv ?5  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           ;({W#Wa  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' ?pZOeqqu$  
MERIT   0.617523E-03 40<mrVl  
LOG        4 *WT`o>  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 /FJu)H..U  
APS              -9 O7IJ%_A&  
CSTOP NN`uI6=  
WAP                2
eGHaY4|  
UNITS MM   ?I@
W:#>o  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         3%ZOKb"D*  
mdgi5v  
   0 AIR ?S$P
9^ii'  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR #Vha7  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 C73kJa  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 fwf$Co+R:*  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR ^a1^\X.~  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 H'hpEwG  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 xK\
d4"  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR j,dR,Nd  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 (*)hD(C5  
   5 CC     15.35107422 ^]-6u:J!  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 ,nB5/Lx  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Per1
IcN  
   5 CTE   0.650000E-05 & 9 ?\b7  
   5 GTB U    'AD-5503         ' cpJ|w3xB  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .h4 \Y A  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 qeZ? 7#Gf  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0=E]cQwh  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 R!N%o~C2-  
   5 PLASTIC Tyf`j,=  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR X*Prll(  
   6 CC     -1.63833609 hFl^\$Re  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 w=J3=T@TD  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 OH(waKq2I  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 .=jay{  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 pD#rnp>WWt  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 d4c8~L H-  
   7 CC     -3.18613168 ;x@~A^<el  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 }d}Ke_Q0  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 wx0j(:B]  
   7 CTE   0.600000E-04 7Da`   
   7 GTB U    'ZEON480R        ' Ru
VGG)  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 _8_R 1s  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 b7?hI  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Y\?"WGL)p  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 C={Y;C1  
   7 PLASTIC P! #[mio  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR BeoDKdAwY  
   8 CC     -0.98132904 l&Q`wR5e
 
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Vt&2z)Zz  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8&`LYdzt  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 dvJM6W>^=  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #KexvP&*  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 y ~!Zg}o  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 D!-g&HBTC  
   9 CC     -5.54999790 'op|B@y  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 +Kbjzh3<wG  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 )"aV* "  
   9 CTE   0.600000E-04 .MoU1n{Yc  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' ]a*d#  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 wHMX=N1/  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 .Od!0(0  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 T&u5ki4NE  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 4-H+vNG{%  
   9 PLASTIC LR.<&m%~.  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR 2?ez,*-[  
   10 CC      0.92206943 )g#T9tx2D  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *@=/qkaJaI  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }.m<  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 pm0{R[:T7  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 UJ7*j%XQz_  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 .Una+Z  
   11 CC     -0.42284721 a>I+]`g  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 'Nnzk  
   11 CTE   0.720000E-04 3/e.38m|  
   11 GTB U    'OKP4            ' ;d"F%M y  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 '3DXPR^B6  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;1O_M9  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `
1{ZqRFQ  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 rkCx{pe9  
   11 PLASTIC &n}f?  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR %JD,$pPs  
   12 CC    -21.87743665 KD7dye  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Rmt~,cW!\  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 [KaAXv .X  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 j<jN05p  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 {xB!EQ"  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 s;Z\Io  
   13 CC     -2.93101390 J1RJ*mo7,  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 oiT[de\S  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Ed,~1GanY  
   13 CTE   0.600000E-04 pVw}g@<M  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' ju8q?Nyhs  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 >xYpNtEs  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6/Xk
7B  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 KNpl:g3{<Q  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 J0\Fhe0'  
   13 PLASTIC z] PS
pUd  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR |[ k.ii6iO  
   14 CC     16.95417460 `nv~NLkl  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 a#y;d
K  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0gy/:T  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 m^f0V2M_  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 lVR~Bh  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR NAQAU *yP  
END `maKN\;  
K'Tm_"[u  
另一种广角镜头： ](9Xvy  
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。 &5spTMw8  
Mxsa-?R;v  
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 Ym{tR,g7  
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。 EQyC1j  
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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。 % X+:o]T  
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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。 qL&[K>2z  
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除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。