[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。 i'H/ZwU  
WN?O'E=2  
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： <>s`\ %  
4zev^FR  
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。 ewa wL"  
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： Szq/hv=Q  
s \;"X  
%{AO+u2i  
镜头文件： /^X/8  
RLE +$C4\$t  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 6x h:/j3  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 }.3nthgz  
APS               5 tZ=E')!\  
UNITS MM Gn|F`F  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 {1V($aBl  
QMa;Gy  
   0 AIR +Z7th7W/,  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR YQ+tDZY8`  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 k9:{9wW  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 5R'TcWf#W  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR (i34sqV$m  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 !V"<U2  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 TH; R  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     A )^`?m3  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR C\/xl#e<@  
END -yE/f2PgQ  
&Sl[lXE  
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 p2n0Z\2  
S4^vpY DeN  
CORE 16 WF1px%  
DSEARCH 2 QUIET C ~<'rO}|  
USE CURRENT 5 ALL 0vEoGgY0*:  
tw^,G(  
GOALS U]^HjfX\  
ELEMENTS 5 &<wuJ%'>)Z  
FNUM 2 1 YVYu:}e3)  
BACK 10 SET sm0xLZ  
STOP MIDDLE i`QKH  
STOP FREE B^j  
ASPH Q 4]h =yc R  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 _d"b;4l  
FOV .2 .4 .6 .8 1 ]Y2RqXA*  
DELAY OFF :n0vQ5a  
NGRID 6 J6U$qi  
SNAP 10 x^kp^ /f  
PLASTIC 5 7 9 11 13 8Eakif0CO  
!QUICK 30 40 GB>QK  
ANNEAL 50 10 Q 0J?~N`#O|  
NPASS 50 lzYEx  
END )Y2{_ bx4"  
SPECIAL AANT _CW(PsfY  
ACC 10 1 1 }\HN&@  
ACA 70 1 10 e?7&M  
LUL 90 .1 1 A TOTL P%{
^i]  
END >#hO).`C  
GO }._eIx"  
k.uMp<)D  
cWi}V  
~-EOjX(X'E  
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。 V}dJ.I /#  
=x<ge_Y  
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。 }dp=?AFg  
)3~{L;q
 
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 9[G[$c  
|/09<F:L[  
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 ptDY3n~'  
wQe_vY  
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： Q$HG  
{B[=?6tQ  
!P)O(i=  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 k9L?+PD  
XmEq2v  
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。 W7U2MqQ  
P8>~c9$I  
现在必须检查视场的像质。 在 PAD 中，单击PAD工具栏中的“扫描”按钮，然后观察到靠近曲面9的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中，我们必须控制它。 .v$D13L(o  
A<1hOSCz\  
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 lEhk'/~  
APS -9 95YL]3V  
CSTOP rcMwFE?|xq  
WAP 2 Olh<,p+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。 poToeagZ~Q  
G*-b}f
 
$4/yZaVb  
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。 my}
-s  
8Le||)y,\  
||;hciO  
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。 @>p<3_Y1  
](&{:>RNJ  
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。 :.$3vaZ@  
;~D)~=|ZZ  
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） 8=gjY\Dp  
K?BOvDW"`  
Zg'Q>.:  
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。 8xccp4  
fp+gyTnd3  
[uI|DUlI6o  
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。 Mz~M3$$9n  
RLE zmSUw}-4N  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 vTJ}8  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           fSs4ZXC  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' bT^I"  
MERIT   0.617523E-03 0cJWJOj&  
LOG        4 H;YP8MoQ  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 @>W(1mRi  
APS              -9
uf&myV7  
CSTOP +\F'iAs@  
WAP                2 cd$m25CxC  
UNITS MM   i 7x7xtq  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         wid;8%m  
%Ti}CwI`  
   0 AIR 1 D<_
N  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR .HkL2m  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 _nbBIaHN{  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 YKO){f5  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR fjs [f'L  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 ;|vpwB@B
 
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 %<an9WMF  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR RPE5K:P  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 N6 (  
   5 CC     15.35107422 K }Vv4x1U  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576  B[Zjfc  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 `kZ@Zmj#  
   5 CTE   0.650000E-05 ,PWgH$+  
   5 GTB U    'AD-5503         ' d5D$&5Ec  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 :9$F'd\  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 1@QZnF5[  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <;#~l*  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 FE2f'e  
   5 PLASTIC pXJpK@z  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR SRrw0&ts  
   6 CC     -1.63833609 pO ml8SQf  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 L"{JRbh[  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 D"J
!\_o  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 rmE"rf  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^!9~Nwn  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 -5I2
ga  
   7 CC     -3.18613168 }T%}wdj  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 'J6 M*vO  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 \hM|(*DL  
   7 CTE   0.600000E-04 Z(Bp 0a  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' t5#rps\;  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 DRc)iE>@  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ($}`R xj1@  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 dVsE^jsL  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .h>8@5/s  
   7 PLASTIC bZ|FnY}FB  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR 2UFv9  
   8 CC     -0.98132904
[L:o`
j  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 49w=XJ  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 xYhrO  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 JvT"bZk(o  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 @ ]/AjjLt  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 m<0&~rg   
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 #1c_evH  
   9 CC     -5.54999790 ,B0_MDA +  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 OujCb^Rm  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 h
o0@ l  
   9 CTE   0.600000E-04 D,g1<:<  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' 4Rvf  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 C
@bm  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 R0L&*Bjm  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 US%
^#D q  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 F$hYKT2|  
   9 PLASTIC yb/%?DNQT  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR t| 'N+-T3  
   10 CC      0.92206943 yq NzdzX  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 I;Bjfv5  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 qfK`MhA}  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &'DU0c&  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^1L>l9F  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 T9u<p=p  
   11 CC     -0.42284721 7 <Q5;J&;  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 !ykx^z  
   11 CTE   0.720000E-04 bf!M#QOk?  
   11 GTB U    'OKP4            ' 6p?JAT5  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 a(v>Q*zNP  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 >B2q+tA  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 HjGyj/78w  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 X_g 3rv1J  
   11 PLASTIC P
w;!uag  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR Ce")[<:  
   12 CC    -21.87743665 kJ-*fe'S  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 v0ES;  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 %
B)6$!x  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 sSQs#+&=[  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 gW1b~( fD  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 L0tAgW!@  
   13 CC     -2.93101390 ]<q[Do8k  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 K a(J52  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 }GZ}Q5  
   13 CTE   0.600000E-04 j~e;DO  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' Hw-Z  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Iz{R}#8CZ  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 (<Th=Fns?  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;XDz)`c  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Zt&6Ua[Y}  
   13 PLASTIC D.1J_Y=9  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR 8-Hsgf.*  
   14 CC     16.95417460 wj1{M.EF\  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 3,Q^& 1  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0`I-2M4F*Q  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 en:4H  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 {vN}<f`  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR Cc, `}SP  
END EgDQ+( -  
^+1#[E
  
另一种广角镜头： 9Y<#=C  
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。 W5'3$,X9  
8B#GbS K  
点击打开 C45M2，我们使用 DSEARCH 本身，没有添加前端，并指定广角校正参数(WAC)为50度，此镜头的最大视场角为86度而不是92.4度 0^8)jpL$<9  
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。 /De^  
I6s3+x;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。 H-xFiF  
>Z;jY*  
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。 ?*oKX  
KPpHwcYxT  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。