[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。 hZe9Y?)  
@*T8>  
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： JZyEyN  
*0a7H$iQ(]  
我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头，F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先，我们必须创建一个可追迹的前端。 B%[#["Ol  
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，并指定用于广角的物体类型 OBD，并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始，比如50度，然后，使用 WorkSheet™ 滑块，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时，增加 OBD 视场角，以这种方式继续，直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分： z;YX2G/{  
9%P$e=Ui#  
=>TXo@rVN  
镜头文件： 'HvW&~i(  
RLE g2r8J0v  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH ? zic1i  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 mp]UUpt  
APS               5 :e_yOT}}  
UNITS MM a 6fH*2E  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 6l>016 x  
9fSX=PVRmQ  
   0 AIR *i7-_pT  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR Zr\G=0`  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 Zq}Cl'f  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 {\!@k\__  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR x4_FG{AIu  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 | qf8y  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 8=sMmpB 7u  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     }<P%W~  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR LTD;  
END ~]K<Vh`  
);F /P0P  
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。 ZcN%F)htm  
Q
F_K^(  
CORE 16 MES|iB
 
DSEARCH 2 QUIET w\.z-6G  
USE CURRENT 5 ALL @2$iFZq~  
vC5 (  
GOALS Cd'SPaR  
ELEMENTS 5 J&b&*3   
FNUM 2 1 xF9PjnWF=  
BACK 10 SET +Mh9Jf  
STOP MIDDLE +@oo8io  
STOP FREE [SLBA_d  
ASPH Q Sh5SOYLz  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 flfE~_  
FOV .2 .4 .6 .8 1 )N&v.w  
DELAY OFF {I_I$x_  
NGRID 6 ^Ul*
Nm  
SNAP 10 [+$o`0q;N?  
PLASTIC 5 7 9 11 13 8|#p
D4e  
!QUICK 30 40 (kI@U![u  
ANNEAL 50 10 Q ~rU{Q>c  
NPASS 50 QVrMrm+vRv  
END V$ss[fX  
SPECIAL AANT J$<g"z3  
ACC 10 1 1 5/{gY{  
ACA 70 1 10 u
O`YA]  
LUL 90 .1 1 A TOTL F{aM6I  
END Ax+q/nvnb  
GO u>-!5=D8  
|[lM2  
e6?h4}[+*  
s8N\cOd#i  
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 gobqS+c  
M%2F7 FY  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 3F0:v,+;  
^E8e
W  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 &ExYul  
Z-+p+34ytq  
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 Ea*Jl<  
6,|)%~VUm  
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： :3Z"Qk$uR  
~FV Z0%+,  
Ls^$E  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 ~?{"H<  
.ZrQ{~t  
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。 ^CwzAB  
:bgi*pR{  
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。 \/9uS.Kw  
^4yFLqrC  
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 @kLpK  
APS -9 hQfxz,X  
CSTOP vx_v/
pD  
WAP 2 <vV?VV([  
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。 m+Yj"RMx&  
`_'I 9,.a  
BjR:#*<qD  
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。 DPNUm<>  
+'x`rk
 
E0}jEl/
{  
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。 <c6C+OWT,  
}_L@CpG  
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。 T%xB|^lf  
X] /r'Tz  
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） (6G5UwSt  
f[!QR  
4 |N&Y  
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。 )A['+s  
vF;%#P  
lV^sVN Z]  
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。 UGPD5wX?  
RLE >b0e"eGt  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 VWG#v#o  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           ^=wG#!#V"1  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' eGblQGRS  
MERIT   0.617523E-03 lFD$Mc  
LOG        4 $_l@k=  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 1HBch]J  
APS              -9 |_%|  
CSTOP %u43Pj  
WAP                2 gR(*lXm5w  
UNITS MM   5sx-u!7  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         H.Z:at5n  
_'dsEF  
   0 AIR 1DGVAIcD  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR K,^{|5'3q  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 h8O[xca/~  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 >0SF79-RE  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR Q4Q*5>  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 HlY4%M5q/  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 Hi9;i/  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR (9$/r/-a  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 d"nE+pgE  
   5 CC     15.35107422 C 9,p-  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 r%$-F
2.p  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 z8= Gc$w!  
   5 CTE   0.650000E-05 {`~{%2ayq7  
   5 GTB U    'AD-5503         ' S0g5Ym ia  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ![:S~x1  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 +8Zt<snG  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7##nY3",^  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 "a6 wd  
   5 PLASTIC GOa
](oD}  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR lb&tAl"D  
   6 CC     -1.63833609 (ZjIwA9>  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 rFn;z}J2
 
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 'sY>(D*CQ  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 As1Er[>  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 l@<^V N@  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 @ MNL  
   7 CC     -3.18613168 VE6T&fz`  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 i3*?fMxhu)  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 IJo`O  
   7 CTE   0.600000E-04 pR&cdORsP  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' lVXgp'!#j  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 0:h;ots'  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 C%"h1zWE:  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 bP Er+?fu  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 /^#k/z  
   7 PLASTIC 0d:t$2~C  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR z>&Py(  
   8 CC     -0.98132904 &.+[~2  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 2sy{  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 >;HbDp  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Q]w;o
&eo  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 {mw,U[C  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 ~DPg):cZ  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 eP'e_E  
   9 CC     -5.54999790 p2!x8`IB*  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 ~VU
NN[  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 )wpBxJ;dB}  
   9 CTE   0.600000E-04 8:L%-  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' }%y_LcL  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 f&ZxG,]Hi  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 1 xiq]~H  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 h^~eTi;c]Q  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 AT+|}B!  
   9 PLASTIC H4KwbTT"+  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR _xAdvr' W  
   10 CC      0.92206943 8:$kFy\A'  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 phl5E:fIKx  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `\q4z-<-  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 [G[HQ)A  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 v=i[s  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 +tdt>)a
 
   11 CC     -0.42284721 idPkJf/  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 t{!}^{ "5  
   11 CTE   0.720000E-04 %9-).k  
   11 GTB U    'OKP4            ' 
-G;4['p  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 {^"c>'R  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 i<bFF03*S  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 @a>+r1  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *u 3K8"XZ  
   11 PLASTIC A:p7\Kp;5}  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR sTeL4g|%{  
   12 CC    -21.87743665 ^%#v AS  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 }/(fe`7:  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 = Yh>5A  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 HHWB_QaL  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ',kYZay  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 V{{b^y  
   13 CC     -2.93101390 vsqfvx  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 He)v:AH  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 g?^o++  
   13 CTE   0.600000E-04 XdLB1H  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' q^([ & +  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ZaH<\`=%  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 m,Q<4'  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {G%`K,T  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 G5"UhnOD'  
   13 PLASTIC ;|soc:aH  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR {{SQL)yJ  
   14 CC     16.95417460 yew9bn0a=  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 UR1U; k  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 HR\yJt  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6}n_r}kNR  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 opte)=]J  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR !wJ~p:vRdY  
END 'Xxt[Jy  
)(PA:j  
另一种广角镜头： 8!b#ez  
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:XnW1(Or  
Xv]O1fcI  
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 nI|jUD+y  
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。 !RFl
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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。 o" &7$pAh  
-+Kx^V#'R  
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。 \[B5j0vV,  
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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。