[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。 ]u$tKC  
r2'K'?T3  
在这种情况下，有一个相当简单的方法可以很好地实现：首先画出一个前端，将光束转换成一个角度较小的光束，然后从那里开始，用 USE CURRENT 声明该部分。下面是一个例子： YsVKdh  
7 L,`7k|  
我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头，F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先，我们必须创建一个可追迹的前端。  1hi,&h  
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，并指定用于广角的物体类型 OBD，并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始，比如50度，然后，使用 WorkSheet™ 滑块，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时，增加 OBD 视场角，以这种方式继续，直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分： O#18a,o@  
*C+[I  
@d|Sv1d%  
镜头文件： =A'JIssk  
RLE GBRiU&D  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH o&@y^<UQ  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 VWK/(>TP  
APS               5 F}meKc?a  
UNITS MM u1u;
aG  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 : fYfXm  
,P`GIGvkA  
   0 AIR ts@$*  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR ;R2A>f~  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000  ?f'`b<o  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 8$47Y2r@  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR L[*cbjt[  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 mrG?5
.7W  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 a`^$xOK,  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     4 Sk@ v  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR -X%twy=  
END GIpYx`mHi  
PyHL`PZZ  
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。 }93FWo.  
u^E0u^  
CORE 16 H\<0{#F  
DSEARCH 2 QUIET =+T0[|gc(r  
USE CURRENT 5 ALL h,BPf5\S  
h@ ZC{B  
GOALS x$TLj  
ELEMENTS 5 ^z,B}Nz  
FNUM 2 1 '@#(jY0_  
BACK 10 SET S\t!7Xs%*U  
STOP MIDDLE <'sm($.2  
STOP FREE >Jn`RsuV  
ASPH Q 1'TS!/ll];  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 b 1Wz  
FOV .2 .4 .6 .8 1 UCj+V@{  
DELAY OFF RN@)nc_  
NGRID 6 `}sFT:1&  
SNAP 10 b.[9Adi >  
PLASTIC 5 7 9 11 13 _]Ob)RUVH  
!QUICK 30 40 E2cZk6~m{  
ANNEAL 50 10 Q D5bi)@G7z  
NPASS 50 7iM@BeIf  
END `<<9A\Y-f  
SPECIAL AANT +=|%9%  
ACC 10 1 1 4o@:+T:1  
ACA 70 1 10 i-4L{T\K  
LUL 90 .1 1 A TOTL a+k3wzJ  
END Y|hd!C-x
  
GO T7/DH  
B|9XqQ EI  
oPbziB8  
~/aCzx~  
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。 AFYdBK]  
a"g\f{v0AR  
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。 *x p_#  
x00'wY|  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 if\`M'3Xx  
Em{;l:;(W  
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。 t&5Ne ?  
>zfx2wh\a  
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： z/QYy)_j  
0/7.RpX,.  
\{a5]G(4s  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 /6y{?0S  
!a!4^zqp  
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。 3N2d@R  
-*T0Cl.  
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。 $X\2h+ Os  
Z
zR0k  
由于我们改变了 YP0 的数量，目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果，但是现在我们必须把它放在那里。在 WS 编辑窗格中，我们输入 L|-|DOgw  
APS -9 r_tt~|s,>  
CSTOP ==%5Ci7qMy  
WAP 2 2* TIr  
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 mC0Dj O  
368 g>/#'  
tk8\,!
9Q  
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 }K,3SO(:  
 fWs*u[S  
6^BT32,'  
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 z" ?WT$  
j:2F97  
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。 Wy/h"R\=  
\GioSg  
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） a gL@A  
mC(YO y  
{9XNh[NbP  
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。 I};*O6D`  
d1
kE)R  
a=9QwEZ  
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。 %S$$*|_G  
RLE N:+d=G`x  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 Wfc~"GQq4  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           ?FR-aXx  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' H(M{hfa|  
MERIT   0.617523E-03 ;, \!&o6  
LOG        4 AA=eWg  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 $ye>;
Ek  
APS              -9 88?O4)c  
CSTOP C[#C/@  
WAP                2 DpT$19Q+  
UNITS MM   F=#V/ #ia  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         zf^|H% ~^  
fYh<S  
   0 AIR SN\c2^#  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR ?gjx7TQ?  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 %9S0!h\  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 cKoW5e|u  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR )%n$_N n  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 [9NrPm3d  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 ?`O^
;f  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR
BIe:7cR%  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 nf1 `)tXG  
   5 CC     15.35107422 O.xtY@'"  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 I:UDEoQo  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 iy]?j$B$  
   5 CTE   0.650000E-05 @_#\qGY  
   5 GTB U    'AD-5503         ' rcY &n^:  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 <l5m\A  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &%t&[Se_~  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Nv6"c<(L=  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 MHye!T6fO\  
   5 PLASTIC u3pFH(
 
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR IvI..#EzG  
   6 CC     -1.63833609 8VO];+N  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |(PS bu  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 x',6VTz^  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Np ru  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 1)zXv  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 ~{vB2  
   7 CC     -3.18613168 N>]J$[j  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 mo(>SnS<  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 i27)c)\BM  
   7 CTE   0.600000E-04  jIH^  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' Y~UAE.  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 f#w u~*c  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 257$ !  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 oVPr`]  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 NuD|%Ebs  
   7 PLASTIC ecQ,DOX|b  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR [K'gvLt1  
   8 CC     -0.98132904 _:p-\Oo.  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 kLU-4W5t  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 D3P/: 4  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 VfP\)Rl
 
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 JEMc_ngR!  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 uN>5Eh&=Pf  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 vZ.<OD4  
   9 CC     -5.54999790 e t@:-}  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 a }*i [  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 `ZI-1&Y3  
   9 CTE   0.600000E-04 -)}Z $;1a  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' N@}h  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 \x]\W#C  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 L G5_\sY!  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <'SS IMr  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *h3iAcM8  
   9 PLASTIC ,-8-Y>[  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR }*xjO/Ey  
   10 CC      0.92206943 +`g&hO\W  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 @7C.0>W_A  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 C])s'XTs  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6pbCQ q  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 @DY"~ccH  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 1 ptyiy  
   11 CC     -0.42284721 [(5.?  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 cBZEyy&  
   11 CTE   0.720000E-04 y1Z>{SDiq  
   11 GTB U    'OKP4            ' #RaqNu  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 A8Fe@$<#8  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2.b,8wT/  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }zQgS8PQH  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #u8#< ,w  
   11 PLASTIC OWT%XUW=  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR U&Vu%+B  
   12 CC    -21.87743665 g3>>gu#0DC  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 {ilz[LM8(  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 m|{^T/kIbQ  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,qv\Y]  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  -D'XxOI  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 `?3f76}h  
   13 CC     -2.93101390 kmc"`Ogotw  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Y7r;}^+WY  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 NjOUe?BQ  
   13 CTE   0.600000E-04 ~~-VScG&  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' 2%`= LGQC  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 oeZuvPCl  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ?Y,^Moc:  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 OoH-E.lp  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 H${LF.8  
   13 PLASTIC tzIP4CR~F&  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR p^<(.+P4  
   14 CC     16.95417460 rz k;Q@1  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 F=1 #qo<?  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 'g,h  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;<m`mb4x[  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 /3~L#
jS  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR ~i>DF`w$  
END 5}ftiy[Yc  
x"NQatdq  
另一种广角镜头： U{M3QOF  
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*dN. v:5  
%gAT\R_f  
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 #YE?&5t  
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。 89(qU  
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wD@H N  
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。 F!ztU8,  
)-Hs]D:  
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。 W wPzm?30  
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lG  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。