[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。 48p< ~#<W\  
fHc/5uYW  
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： \'[C_+;X  
G~$[(Fhk  
我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头，F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先，我们必须创建一个可追迹的前端。 L32[IL|  
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，并指定用于广角的物体类型 OBD，并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始，比如50度，然后，使用 WorkSheet™ 滑块，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时，增加 OBD 视场角，以这种方式继续，直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分： 1nAAs;`'  
16Gp nb  
*s[bq;$  
镜头文件： Ph Ep3o&"  
RLE _4lhwKYU  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH "(cMCBVYdA  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300
oD?c]}3  
APS               5 _1EWmHZ?  
UNITS MM Pko2fJt1  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 9%MHIY5  
hOH D
Xc"  
   0 AIR R.rxpJ+kU  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR @b2JR^  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 ^`< %P
k  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 %`b %TH^  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR ;c;5O@R}3  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 l2[{T^  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 blHJhB&8  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     %hO/2u  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR tJgo%P1  
END 25m6/Y  
\&Bvh4Q  
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。 ~SD8#;v2  
Vub($  
CORE 16 =Ti[Q5SZ  
DSEARCH 2 QUIET *!p#1fE  
USE CURRENT 5 ALL o n+:{ad  
ujH ^ML  
GOALS Dqh rg;  
ELEMENTS 5 8O='Q-&8  
FNUM 2 1 uU;]/  
BACK 10 SET 8/oO}SLF  
STOP MIDDLE XZ1oV?Z4  
STOP FREE :3$$PdZ  
ASPH Q ;wF 0s  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 B4d\4S_r%  
FOV .2 .4 .6 .8 1 @Fs2J_v  
DELAY OFF ~
wl4  
NGRID 6 ,4`=gKn  
SNAP 10 M+ljg&fy  
PLASTIC 5 7 9 11 13 fRT4,;  
!QUICK 30 40 y?4%eD  
ANNEAL 50 10 Q ']cRSj.  
NPASS 50 .*_uXQ  
END nJ{vO{N  
SPECIAL AANT PW)Gd +y  
ACC 10 1 1 d>OLnG> F  
ACA 70 1 10 6Rcl HU  
LUL 90 .1 1 A TOTL FvTc{"w /  
END t=B>t S.hO  
GO K[/sVaPZ  
0S}ogU[k  
@}[yC['  
`of`uB  
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。 G:k]tZ*`  
I C?bqC+  
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。 h:qt?$]J  
{@tqeu%IM  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 brXLx+H8  
DE659=Tq  
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。 52H'aHO1  
/yhGc}h  
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： g(`m#&P>G  
$22_>OsA  
aUVJ\;V  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 E
]<Ce;Vj  
\4qwLM?E^  
现在需要进一步改进设计。运行 DSEARCH 产生的优化 MACro，镜头的性能变化很小。 5&QDZnsl  
oMNgyAp^  
现在必须检查视场的像质。 在 PAD 中，单击PAD工具栏中的“扫描”按钮，然后观察到靠近曲面9的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中，我们必须控制它。 dd{pF\a  
R<-u`uXnP  
由于我们改变了 YP0 的数量，目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果，但是现在我们必须把它放在那里。在 WS 编辑窗格中，我们输入 q5D_bm7,3  
APS -9 E` O@UW@  
CSTOP `Fn6*_n  
WAP 2 G{C27k>wa  
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 czH`a=mjH  
Yc]  
]u\K}n6[q  
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 1>wQ&{  
gs?=yNL  
ZBX,4kxK7  
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 sb^%eUU])  
BEfp3|Stb  
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 V_.n G;  
Ta0Ln  
再次运行 MRG，这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑胶。设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） s'Op|`&X  
h9J%NH  
:j=/>d],%  
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 sh|@X\EZO  
_h7qS  
265sNaX  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 NjL^FqA[  
RLE ={GYJ.*Ah  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 rElbzL"&<  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           >AsrPU[  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' Ie14`
'  
MERIT   0.617523E-03 B"9/+Yj  
LOG        4 .JG>/+  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 a1p}y2  
APS              -9 4Em$L]7  
CSTOP 5*#!w1X  
WAP                2 e?"XMY  
UNITS MM   $2?10}
mrx  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         k'hJ@6eKS  
`!t+sX-n  
   0 AIR 9*"Ae0ok1  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR E}*   
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 `QIYnokL  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 G{8>
 
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR P<1ZpL  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 5NT?A,r"  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 X9lh@`3  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR E(l'\q'.  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 .gPXW=r  
   5 CC     15.35107422 !oDX+hd,%>  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 0VOj,)K=  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 c,\!<4  
   5 CTE   0.650000E-05 HalkNR-eEm  
   5 GTB U    'AD-5503         ' kN99(  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 jZ;dY~fE  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 x-Cy,d:YX  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 /61P`1y(J  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ~MOab e  
   5 PLASTIC &;D(VdSr9  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR J#pl7q)^w  
   6 CC     -1.63833609 ~PoBvH
i  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 vXio /m  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 )kq3q5*_  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 b)5z
'zQu  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ns{BU->f  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 *t,J4c  
   7 CC     -3.18613168 K1F,M9 0]  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 :Y{aa1  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Ot]Y/;K  
   7 CTE   0.600000E-04 NvZ )zE  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' C#y[UM5\k;  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 LHt{y3l]  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 eTV%+  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 r dc}e"v  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 /Ww_
fY  
   7 PLASTIC ]T3dZ`-(  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR j70]2NgX  
   8 CC     -0.98132904 /p=9"?  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 I^5T9}>Q  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 gD[Fkq$]  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 e@-"B9~   
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *acN/
Ca1  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 $7#N
@7  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 Mbt}G|;8H7  
   9 CC     -5.54999790 NbD"O8dL~E  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 t5%\`Yo?  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 B"-gK20vY  
   9 CTE   0.600000E-04 y11/:|  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' Zl0Kv*S  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 suh@  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 V7zF5=w  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 x<0-'EF/S  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 )-_NtMr~`!  
   9 PLASTIC M>mk=-l  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR 1I?D$I>CV  
   10 CC      0.92206943 FN#6pM']|  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Jl"),;Od  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,1\nd{  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 %f{1u5+5  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 I 9yNTD  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 YU89m7cc'  
   11 CC     -0.42284721 Su<Ggv"  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 Wdt9k.hzN  
   11 CTE   0.720000E-04 AxaabS$\  
   11 GTB U    'OKP4            ' (l28,\Bel  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 %SRUHx[D  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 lWv3c!E`  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~ caKzq  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 $c-h'o  
   11 PLASTIC RLypWjMx$
 
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR "t<${  
   12 CC    -21.87743665 U/ncD F%C  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 6]i"lq
b  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;&2J9  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ` Nn^   
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Kilq Jg1%C  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 AsRS7V  
   13 CC     -2.93101390 4:\s.Z{!3  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 8oSndfV  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 +\FTR  
   13 CTE   0.600000E-04 tHS
e>*eC  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' ckqU2ETpD}  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 "_qH+=_R  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 u,:GJU  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Zho d%n3  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 /r#.BXP  
   13 PLASTIC D
nA}!s  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR G:FP9  
   14 CC     16.95417460 })OgsBk  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 1}e1:m]r  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Y{X79Rd  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 VGoD2,(b^  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 kji*7a?y  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR UV%Al)3  
END \UI7H1XDH  
^l#Z*0@><~  
另一种广角镜头： tBgB>-h(  
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。 ,?GEL>F  
i,R<`K0  
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 .__X-+^  
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。 #C1u~db  
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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。 /,'D4s:Gg  
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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。 `7qZ6Z3z@  
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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。