[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。 azPFKg+  
n1DD+@  
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： ;*wZgl  
L2P~moVIi  
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。 i4'?/UPc  
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： \4~uop,Nb+  
r@"Vbq%  
3tS~/o+]  
镜头文件： B2 Tp;)  
RLE ?t'O\n)M  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH `DC)U1  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 e}(ws~.  
APS               5 `t{aN|3V[  
UNITS MM vov"60K  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 )]n:y M  
DWHl,w;[z`  
   0 AIR wR@fB  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR \2: JX?Jw!  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000  -"\z|OQ  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 wCkhE,#-_  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR }7X85@jC  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 /tJJ2 =%l  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 fJd!;ur)0  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     %z`bu
2  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR OY51~#BF  
END M!,$i  
Hl?\P6  
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 }Wn6r_:  
[FAoC3 k-h  
CORE 16 +*DXzVC  
DSEARCH 2 QUIET %S]5wR6;_  
USE CURRENT 5 ALL |mc!v*O  
+ 3aAL&  
GOALS @PU%BKe  
ELEMENTS 5 p(v+j_ak  
FNUM 2 1 i0L)hkV  
BACK 10 SET :p=IZY  
STOP MIDDLE z./u;/:  
STOP FREE G3OqRH  
ASPH Q |TkMrj0  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 F9]GEBLr  
FOV .2 .4 .6 .8 1 Nf}G "!  
DELAY OFF zo7Hm]W`  
NGRID 6 U5Q `r7  
SNAP 10 n3g3(}Q0  
PLASTIC 5 7 9 11 13 c9=
;:E  
!QUICK 30 40 &`Z>zT}  
ANNEAL 50 10 Q =sG C  
NPASS 50 /V2I
h  
END U9y[b82  
SPECIAL AANT Mf<Pms\F  
ACC 10 1 1 H`9E_[  
ACA 70 1 10 `CUTb*{`  
LUL 90 .1 1 A TOTL wZ0$ylEX  
END aHXd1\6m  
GO @@# ^G8+l  
f}Mc2PQ-  
(VI4kRj  
f*0[[J0]  
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。 38tRb"3zP  
dArg'Dc4  
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。 ~N;kF.q&>&  
[as\>@o  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 'hf#Q9W5  
fx_7X15  
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。 3T
'9_v[Y  
uv%T0JA/  
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： P bj&l0C  

?R(fxx  
MD1n+FgTu  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 }G]6Rip3  
7YV}F9h4  
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。 z{wJQZ9"  
P6!c-\  
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。 H!y1&  
u3a"[DB9c  
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 t3}>5cAxy  
APS -9 CCNrjaA  
CSTOP Q_$aiE  
WAP 2 F/tGk9v  
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 5V':3o;D__  
^RAst1q7  
DI{VJ&n66  
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 _D1Uc|  
?NOc]'<(G  
s!:'3[7+  
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 <wfPbzs-V  
uZL,+Ce|  
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 F0t-b%w,  
{0RwjPYp  
再次运行 MRG，这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑胶。设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） 0ft81RK  
fd!bs*\X  
j#G4A%_  
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 w<#/ngI2  
& Xm!i(i  
 `fMdO  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 \NU^Jc_k7  
RLE (yA`h@@WS  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 f8E,.$>  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           `v?XFwnV`  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' $ha,DlN  
MERIT   0.617523E-03 6l]jmj)/  
LOG        4 OIJNOuI  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 bca4'`3\|  
APS              -9 +i^@QNOa  
CSTOP e}>3<Dh  
WAP                2 ) rw!. )  
UNITS MM   0h/bC)z  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         V1di#i:  
dyWj+N5(  
   0 AIR uaghB,i'n  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR c||EXFS}O  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 %4'<0  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 Cq8.^=}_  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR PtsQV
!  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 K Q^CiX  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 =d`w~iC  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR 4
2$ pvw<  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 W%@r   
   5 CC     15.35107422 wtM1gYl^  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 h'lqj0  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 =T!eyG
E  
   5 CTE   0.650000E-05 sU Er?TZ  
   5 GTB U    'AD-5503         ' Yo%ph%e  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 <qGxkV  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 W{Uz#o  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 E<RPMd @a  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 VOJA}$  
   5 PLASTIC ;n,xu0/  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR w1Txz4JqB  
   6 CC     -1.63833609 iq^F?$gFk  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Ef @  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 z@I'Ryalyc  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 B/O0 ~y!n  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ;gGq\c  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 ?7=c`  
   7 CC     -3.18613168 7f] qCZ<0V  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 OEw#;l4 C  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ] M`%@ps  
   7 CTE   0.600000E-04 8+i=u"<  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' tn{YIp  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 36e  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Gr-~&pm  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 )
Fgu'  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 @yM
$Et5  
   7 PLASTIC &NKb},~  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR ~+ kfb^<-  
   8 CC     -0.98132904 PctXh, =  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 <$(y6+lY  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 E$.fAIt  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 n&l(aRoyx  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 (^oN, 7  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 v]Fw~Y7l!  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 'B:8tv  
   9 CC     -5.54999790 5G2G<[p5oQ  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386  8 XQo  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 .0YcB  
   9 CTE   0.600000E-04 gLm,;'h%u  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' YdDP;, DA  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 mW2D"-s  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 nz|6CP  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 W_L*S4 ~  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |'Z+`HI  
   9 PLASTIC ayI<-s-  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR P!Brw72  
   10 CC      0.92206943 4VF4
8  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 8WE@ X)e  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7KesfH?  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Mz6\T'rC  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 STl8h}C  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 H#i,Ve'  
   11 CC     -0.42284721 Z`_x|cU?J  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 <Drm#2x!E  
   11 CTE   0.720000E-04 0!-'4+"  
   11 GTB U    'OKP4            ' %QG3~b% h  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 $K.DLqDt  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $l2`@ia"  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <6Y|vEo!N  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 15@2h  
   11 PLASTIC yAAV,?:o[  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR 4E2#krE%  
   12 CC    -21.87743665 o}DRp4;Ka  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 mPU}]1*p  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 n}b{u@$  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Nw9@
E R  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 v%$l(  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 6cd!;Ca
 
   13 CC     -2.93101390 i=L 86Ks  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 ,4S[<(T"  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 vf zC2  
   13 CTE   0.600000E-04 Nyt*mbd5 {  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' ^vxx]Hji  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 fF(AvMsO  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _CPj]m{  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 m.rV1#AI  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 0$ON`Vsu|  
   13 PLASTIC L pq)TE#  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR dG7d}0Ou'  
   14 CC     16.95417460 ,ss"
s3  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 1d~d1Rd  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 A@Q6}ESD  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 BYu(a  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 -<g[P_#  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR JNY?]|=  
END ?%`Ph ?BZl  
0Ix,c(%  
另一种广角镜头： r!1f>F*dt  
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。 -. o,bg  
u(FOSmNkN  
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 yH=<KYk  
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。
CcW3o"=4  
[0qswsV  
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。 KAXjvZN1  
SOE-Kio=B  
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。 pfu"vo(t_  
Z'`\N@c#  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。