[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。 a%3V< "f  
&{#4^.Q  
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： 1<Vc[p&  
Y6LoPJ  
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。 %EC{O@EAk  
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： >:5^4/fo*  
bj6-0`  
+h!OdWD9
 
镜头文件： 8 1Ar.<  
RLE x9fNIuAQ  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH RRYm.dMIw  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ?Bg<74  
APS               5 NZUQ R`5  
UNITS MM 6U{&`8C  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 Z#8O)GK  
vj?v7  
   0 AIR -b1
VY4m-  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR >3R%GNw  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 +APf[ZpU  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 3hzI6otKS  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR jY.iQBhjEB  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 R-v99e iN  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 &r0b~RwUv  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     PFP/Pe Ng;  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR ujF*'*@\  
END aBV{Xr~#(  
d,"?tip/SX  
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。 .gmNE$d  
vo'=d"zm  
CORE 16 JXR_klx  
DSEARCH 2 QUIET ] i;xeo,  
USE CURRENT 5 ALL J{98x zb  
JaC =\\B  
GOALS 7C7eXJ9q  
ELEMENTS 5 O0?.$f9 s  
FNUM 2 1 8"2 Y$*)(  
BACK 10 SET cO$ PK  
STOP MIDDLE 9v7l@2/  
STOP FREE cE7xNZ;Bh  
ASPH Q aL63=y  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 IvLo&6swW  
FOV .2 .4 .6 .8 1 *W()|-[V3  
DELAY OFF z6B(}(D  
NGRID 6 3?Ckk{)&  
SNAP 10 ~T<yp  
PLASTIC 5 7 9 11 13 'qRK6}"T  
!QUICK 30 40 bv&A)h"S  
ANNEAL 50 10 Q 0>#or$:6E  
NPASS 50 0Xmp)_vba  
END 'n>
,+,&  
SPECIAL AANT u(ep$>[F#_  
ACC 10 1 1 _*b1]<  
ACA 70 1 10 y(M
-   
LUL 90 .1 1 A TOTL *Vk%"rwaG  
END WBS~e  
GO i#I+    
&V;^xMO!  
xpo<1Sr>S  
klC;fm2C  
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。 5@3[t`n'  
imcq H  
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。 oiP8~  
S4RvWTtQV  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 0i}4T:J@`  
Rpit>  
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。 r&AX  
3eUTV<!  
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： {3=\x  
6< x0e;>  
sjOyg!e  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 19od# d3+  
neW_mu;~Z  
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。 e(/~;"r{  
G#.(%,  
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。 Uf^zA/33  
4am`X1YV#  
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 dI!x Ai  
APS -9 X#9}|rT56  
CSTOP wT?.Mte  
WAP 2 7Mxw0J  
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。 uPk`9c52%  
zNT~-  
k|W=kt$P  
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 mx@F^  
uSSnr#i^j  
XE]YKJ?|k  
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 k8^!5n  
jRN*W2]V  
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 w[w{~`([",  
c)8V^7
=Q  
再次运行 MRG，这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑胶。设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） U~z`u&/  
EL+6u>\-k  
P+pL2BA  
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 IWeQMwg  
hQ&S*f&='  
")|3ZB7>*  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 o)'u%m  
RLE *OU>s;"$  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 65bLkR{0  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           6zs&DOB  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' Q g=k@  
MERIT   0.617523E-03 <{@?c  
LOG        4 zmkqqiDp_  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 g|*2O}<  
APS              -9 c^P8)gPf  
CSTOP ^.Cfa  
WAP                2 qq}EXq^  
UNITS MM   .#R\t 7m%  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         fLK*rK^{"  
v0!>":  
   0 AIR KZO!  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR Saa#Mj`M  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 V^aX^;  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 bHcb+TR3  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR <tK6+isc  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 v 1Yf:c  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 r{qM!(T  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR E",s]  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 9 O| "Ws>{  
   5 CC     15.35107422 )#[?pYd  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 \FN"0P(G  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 m`C(y$8fU  
   5 CTE   0.650000E-05 jLC,<V*  
   5 GTB U    'AD-5503         ' ~k+"!'1  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 b)@%gS\F  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 KquHc-fzqr  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 kXS_:f;M  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 jEfrxlj  
   5 PLASTIC pc&/'zb  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR aNb=gjLpt  
   6 CC     -1.63833609 Ixm<wKwW#  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 LFy5tX#  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }Q_IqI[7  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 g#~jF  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `L`*jA+_  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 9 m&"x/k  
   7 CC     -3.18613168 /3:R{9S%  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 9,Zg'4",d  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 PCnE-$QH  
   7 CTE   0.600000E-04 W"4E0!r  
   7 GTB U    'ZEON480R        '
i+T#z  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 $7gzu4f  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 pI7\]e  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 )c5M;/s  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 YIb5jK`  
   7 PLASTIC bs U$mtW  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR yCkfAx8]  
   8 CC     -0.98132904 ])}{GW  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 h8>7si  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00  'vj45b  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 leyhiL<  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 t3u"2B7o
G  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 O_0|Q@  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 z=<T[Uy  
   9 CC     -5.54999790 s`xp6\$  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 QE}S5#_"  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 uSbOGhP  
   9 CTE   0.600000E-04 ,@%1q)S?A  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' +o(t5O[G  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 W%b<(T;  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *X\i= K!  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 G40,KCa  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ??12 J#  
   9 PLASTIC K"VphKvR  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR Q6Y1Jr">X  
   10 CC      0.92206943 @Ek''a$  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 %Fq"4%  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 D|Wekhm  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Htl6Mr*{  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 2\l7=9 ]\3  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 %!%3jo0t
 
   11 CC     -0.42284721 <<@\K
,=  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 Gnp,~F"  
   11 CTE   0.720000E-04 i;lzFu)G  
   11 GTB U    'OKP4            ' rmpJG|(  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ?l`DkUo*j  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5^cPG" 4@  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 mfFC@~|g  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 'VFxg,  
   11 PLASTIC 5p"n g8nR  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR QR2J;Oj_  
   12 CC    -21.87743665 ['R2$z  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 0vmMNF  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 rtv\Pf|  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Bka\0+  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 1c&/&6#5  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 vi@a87w>  
   13 CC     -2.93101390 LdR}v%EH  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 uzG<(Q pu  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 b
B3Mpaw@  
   13 CTE   0.600000E-04 l*uNi47|  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' O7ceSz  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ].]yqD4P  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 '@2pOq  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 78#je=MDg  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 f<9H#S:  
   13 PLASTIC Y oNg
3  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR u91;GBY  
   14 CC     16.95417460 QXishHk&  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 R!W!8rr3  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \ 
  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ] M"{=z  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 jIK*psaV  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR 6hXL`A&},  
END 1lfkb1BM  
af\>+7x93  
另一种广角镜头： X/lLM`  
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。 ?(Dkh${@  
\E9Z
H3;  
点击打开 C45M2，我们使用 DSEARCH 本身，没有添加前端，并指定广角校正参数(WAC)为50度，此镜头的最大视场角为86度而不是92.4度 go m<V?$  
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。 c 6}d{B[  
JTNQz  
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。 @Rj&9/\L  
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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。 hdW",Bf'  
6/hY[a!  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。