[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。 [|OII!"  
G n]qh(N>  
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： o,`"*][wd  
(c(F1=K  
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。 hc3hU  
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： `y3'v]  
8x U*j  
VTu#)I7A^@  
镜头文件： ,2nu*+6Y/  
RLE #y83tNev  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH ^ ~Eh+  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 {h@\C|nF  
APS               5 cjEqN8  
UNITS MM 1IA1
;  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 W
FOJg&  
Hw]E#S  
   0 AIR 4GRD- f[  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR 6P1s*u  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 3F2IL)Hn  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 iYStl  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR -`~qmRpqY  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 %xg+UW }  
3    GLM      1.50000000             55.00000000  2h   
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     s1D<R,J|H  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR _]`7et\=  
END bQt:
=>  
il5C9ql$  
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。 y&zFS4"x  
dH^6K0J  
CORE 16 EL?(D  
DSEARCH 2 QUIET "tz6O0D  
USE CURRENT 5 ALL gF{ehU%  
4!/JN J  
GOALS r%PWv0z_c  
ELEMENTS 5 xm{]|~^JG  
FNUM 2 1 I}4 PB+yu  
BACK 10 SET MxsLrWxm  
STOP MIDDLE t1FtYXv`/  
STOP FREE ZRagM'K  
ASPH Q 2I-d.{  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 qT$k%(  
FOV .2 .4 .6 .8 1 d05xn7%!{  
DELAY OFF _Op%H)  
NGRID 6 |Kd#pYt%O  
SNAP 10 ~rb0G*R>  
PLASTIC 5 7 9 11 13 /t0L%jJZ  
!QUICK 30 40 aOzIo-  
ANNEAL 50 10 Q QH/py  
NPASS 50 0\dmp'j]  
END PM\Ju]  
SPECIAL AANT &h334N|4{  
ACC 10 1 1 +Q5O$8i  
ACA 70 1 10 (C!p2f  
LUL 90 .1 1 A TOTL u\*9\
G  
END RQ,#TbAe  
GO $Ll9ak}  
[3m\~JtS  
* 65/gG8>  
z#tIa  
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。 o<Zlm)"%1
 
]01`r/->\  
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。 {*yvvb  
_?c.m*)A  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 L`+[mX&2B  
}_D.Hy5  
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。 P(D>4/f3"  
WX&IQ@  
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： >fBPVu\PA  
aCG rS{  
is<:}z  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 #1<m\z7l  
N*Aw-\Bk  
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。 WPNB!"E98  
B7%,D}  
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。 8}'iEj^e  
$C[z]}iOi  
由于我们改变了 YP0 的数量，目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果，但是现在我们必须把它放在那里。在 WS 编辑窗格中，我们输入 hi8q?4jE  
APS -9 f8Hq&_Pn  
CSTOP cE\w6uBR1  
WAP 2 E|@C:ghG  
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 bY~K)j v3&  
qez
WfR`  
]es|%j 2  
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 <XeDJ8 '  
k1B ](@xt  
Wmbc `XC  
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 {<-s&%/r  
v$}^$8`  
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 , 'pYR]3  
zIc6L3w$  
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） 8SjCU+V  
EavBUX
$O  
yhH2b:nY(9  
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。 db )2>  
o]? yyP  
().C
  
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。 Ab$E@H#  
RLE c&D+=   
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 0}i 9`p  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           QytO0K5  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' / 4Q=%n  
MERIT   0.617523E-03 e
u(Fhs   
LOG        4 DwBe_h.  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 O@$>'Z  
APS              -9 =]@Bc 7@  
CSTOP `q}D#0  
WAP                2 r9f- C  
UNITS MM   TXB!Y!RG#  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         (u?s@/e:`/  
m-{DhJV  
   0 AIR \KV.lG!  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR kHK<~srB  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 I(6%'s2  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 dz#"9i5b  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR '&CZ%&(Gw  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 'bfxQ76@sa  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 Dk\%,[4(  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR 4W>DW`{  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 DS8HSSD  
   5 CC     15.35107422 Gr({30"8  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 .r/s.g  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 % 3#g-  
   5 CTE   0.650000E-05 1^k}GXsWmE  
   5 GTB U    'AD-5503         ' yK{P%oh)  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 :$Cm]RZ  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 i%yKyfD  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Nr@,In|JS  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 W@}@5,}f>  
   5 PLASTIC QmBHD;Gf  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR &Hw:65O  
   6 CC     -1.63833609 eGMw:H  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 0+0Y$;<  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $(&uaDYv  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 lR?1,yLp  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 @.e4~qz\  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 IiKU=^~w  
   7 CC     -3.18613168 3@F U-k,i  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 }ll&EB  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 }5EH67  
   7 CTE   0.600000E-04 <,Gjo]z  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' p&}m')
 
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 K`=U5vG^  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 eI|FrBq%  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5!Er;e  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 pTAm}  
   7 PLASTIC 2zo>`;l  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR \1R
*M  
   8 CC     -0.98132904 8?~>FLWTXZ  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ''2:ZXX  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 i%
0qN  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #~Kno@  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 5P*jGOg.  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 &IQNsJL!e  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 El}~3|a?  
   9 CC     -5.54999790 S?DMeZ{:  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 J;fbE8x  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 1xxTI{'g[  
   9 CTE   0.600000E-04 p7},ymQ|YQ  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' ,9OER!$y  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 T&dc)t`o  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6\h*SBI?(  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *"|f!t  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ;&b=>kPlZ  
   9 PLASTIC Y}vV.q  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR =)#XZ[#F  
   10 CC      0.92206943 kH06Cb  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Kj"n Id)  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 %i&am=  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 f`}u9!jVR  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ?zo7.R-Vac  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 |r*y63\T  
   11 CC     -0.42284721 GWx?RIKF  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862
LWo)x  
   11 CTE   0.720000E-04 D<Z\6)|%I  
   11 GTB U    'OKP4            ' MNfc1I_#  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Mt4`~`6  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #;2kN &  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6_EfOD9  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 IFSIQ q  
   11 PLASTIC gd)VL}
k  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR d.snD)X  
   12 CC    -21.87743665 N,)rrBD  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 y_IF{%i  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Gy
E5jh2  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~@^pX*%i  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *XXa
9z  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 Ob'[W;p)[w  
   13 CC     -2.93101390 ]:6IW:  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 ipiS=  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 O|;|7f
CB\  
   13 CTE   0.600000E-04 5t-(MY  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' %e: hVU  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 P\X$fD  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;S2/n$Ju_  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 o`jVd,aj  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 YZ0Q?7l7  
   13 PLASTIC Xt
*h2&  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR S?H qrf7<  
   14 CC     16.95417460 =HoA2,R)  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 7*&q"   
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;;17 #T2  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ]T<RC\o  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 P= 26! b  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR uQkFFWS  
END BfvvJh_  
cj3P]2B#  
另一种广角镜头：
|>p?Cm  
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。 9H%L;C5<  
H+5N+AKb@  
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 5 .bU2C  
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。 ,3ivB8  
SR'u*u!  
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。 JLxAk14lc  
 cCy*?P@  
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。 .ktyA+r8v  
[tz}H&  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。