[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。 1gV?}'jq  
C>Hdp_Lm  
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： ESB^"|9  
RFRX
OyGz$  
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。 Ef`'r))  
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： )8C`EPe  
>UCg3uFj  
Hl}lxK,]  
镜头文件：
2H%lN`  
RLE av!;k2"
 
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 71@eJQ  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ![%wM Pp  
APS               5 B2kZ_4rB  
UNITS MM  ?^Aj\z>  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 :
4zu.  
6]iU-k0b  
   0 AIR lNxP  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR f!kZyD7  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 ^0v3NG6  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 l+6c|([  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR =x-7 Wy  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 _G'ki.[S7  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 %"v:x?d$$o  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     lC#wh2B6  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR dXxf{|gk>  
END PV#h_X<l%  
uMDd Zj&  
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。 rhkKK_  
y^ skE{  
CORE 16 / ]8e[t>!f  
DSEARCH 2 QUIET ,mz;$z6i  
USE CURRENT 5 ALL -7&ywgxl  
Cdz?+hb  
GOALS n,FyK`x  
ELEMENTS 5 <<LLEdB  
FNUM 2 1 ML>M:Ik+  
BACK 10 SET ht%qjE  
STOP MIDDLE = zmxki  
STOP FREE '/<\X{l8  
ASPH Q {Lal5E4-  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Q`*U U82!  
FOV .2 .4 .6 .8 1 PR"x&JG@  
DELAY OFF sAc1t`  
NGRID 6 /!
0&b?  
SNAP 10 -m}'I8  
PLASTIC 5 7 9 11 13 @K
!JE w\  
!QUICK 30 40 </;e$fh`  
ANNEAL 50 10 Q ~TH4='4W3  
NPASS 50 l8?C[,K%  
END 4}DFCF%B  
SPECIAL AANT 8;pY-j #  
ACC 10 1 1 s/hgWW$  
ACA 70 1 10 R{c~jjd  
LUL 90 .1 1 A TOTL I8!>7`L  
END ,G0"T~  
GO 6MM\nIU)/  
P@@MQ[u?!.  
)!0}<_2  
 jfK&CA  
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。 Tl yyJ{~  
8TpYt)]S  
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。 =)Hu
(;Yv  
>bWpj8Kv  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 ;@S'8  
WD\Yx~o  
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。 $B?8\>_?  
%ud-3u52M8  
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： MUbKlX  
3!F^vZ.  
Zq
&'a_  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 q`mxN!1[  
i ZPNss  
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。 gw"SKp!]  
IT:WiMD
Q}  
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。 Ba
?1q%eG  
*bo| F%NAz  
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 7yu-xnt3s  
APS -9 $,:mq>]![{  
CSTOP }O+xs3Uv  
WAP 2 U;iCH  
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。 \dU.#^ryp  
aHC%:)ww:  
^U,iDK_  
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。 jY\z+lW6A  
g%=K rO  
7WH'GoBh  
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。 nGWy4rY2S  
\(7A7~  
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。 9O&m7]3  
43h06X`  
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）
8y5"X"U  
<D:q4t  

4tUoK[p  
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。 p>pN?53S  
Jc?zX8>Ae:  
u
9Adu`  
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。 kF'9@*?J  
RLE 5Q%)|(U'  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 pHb,*C</  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           |LJv*  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' SVwxK/Fci  
MERIT   0.617523E-03 _,0.h*c  
LOG        4 ,7cw%mQA  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 Z] r9lC  
APS              -9 8J&9}@y  
CSTOP x1`w{5;C 2  
WAP                2 q&[G^9  
UNITS MM   d, g~.iS~  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         1H
.;r(c  
[<d~b*/  
   0 AIR O[$X36z  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR kD+#|f  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 tk-)N+M.  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 QZ(O2!Mg  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR &k|EG![  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 v -)<nox  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 :j3^p8]  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR 7hx^U90K  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 EP;ts  
   5 CC     15.35107422 B>'J5bZsw  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 #O~pf[[L  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 k>MXOUaW.  
   5 CTE   0.650000E-05 K)x6F15r  
   5 GTB U    'AD-5503         ' -">Tvi4  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ?>ZrdfTwz,  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 + AjV0#n  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 E$8-8[  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .e5@9G.jb  
   5 PLASTIC _&q&ID  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR .$d:c61X  
   6 CC     -1.63833609 jxW/"Q   
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 SF:{
PgGMi  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 MY\mo,#  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 COWlsca  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 H/[(T%]o  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 S.iUiS"  
   7 CC     -3.18613168 ,1|=_M31  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 hiVDN"$$  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 v@2?X4n  
   7 CTE   0.600000E-04 QHje}  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' H/W&a2R^P  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 GM;uwL#  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #,lbM%a  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 y#Nrq9r:  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 K; hP0J  
   7 PLASTIC 2>x[
_  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR z,C>Rh9Id  
   8 CC     -0.98132904 gBI?dw  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 _u_|U  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2.j0pg .  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 cbou1Ei   
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 lr)MySsu#H  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 h\)ual_r[j  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 j;Lp@~M  
   9 CC     -5.54999790 gQ '=mU  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 `ALQSo~l  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 RM2feWm  
   9 CTE   0.600000E-04 gi@&Mr)fS  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' U!"RfRD.<  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 },5LrX`L  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 n#GHa>p.-  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 o'P
[uB/  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 3e;K5qSeo/  
   9 PLASTIC LWM& k#i  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR Oh`Pf;.z%  
   10 CC      0.92206943 s5d[sx  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Bt\V1)  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;rCCkA6  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 UU =,Brb  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 xr)m8H  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 eBECY(QMQ  
   11 CC     -0.42284721 K}S=f\Q]  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 TSL/zTLDJ  
   11 CTE   0.720000E-04 M@.?l
=1X  
   11 GTB U    'OKP4            ' gd31ds!G  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .$x8
22   
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 %s%e5hU  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6Vu??qBy  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 g;3<oI/P  
   11 PLASTIC mxvV~X%  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR "Jyb?5  
   12 CC    -21.87743665 #DTBdBh?I  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 /8(t:  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 exm*p/  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \H
Jt}  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 }<P%W~  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 rlDJHR6  
   13 CC     -2.93101390 ~]K<Vh`  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 );F /P0P  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ZcN%F)htm  
   13 CTE   0.600000E-04 Q
F_K^(  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' v[y|E;B  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 5Ul=Nv]  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 f=MR.\  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Y2p~chx9  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 MdNV3:[\  
   13 PLASTIC BtWm ZaKi  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR kObgo
MT<[  
   14 CC     16.95417460 Vuo 8[h>  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 L@5g#mSl  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 PmE2T\{s!  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 m4T`Tg#P  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 }"c
hm=b  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR G Q+g.{c  
END &4l>_  
?#;zB  
另一种广角镜头： |a Ht6F  
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。 1(U\vMb  
[W,maTM"  
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 ]+0I8eerd  
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。 TBqJ.a  
cvf#^Cu   
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。 Bx&wS|-)D  
4mzWNr>fb  
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。 V0WFh=CM@  
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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。