[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。 ;#Mq=Fr-SG  
EkTen:{G  
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： C %EQ9Iq6r  
twO)b"0  
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。 Box,N5AA  
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： `_v-Y`Z  
;'<K}h
 
m?M(79u[  
镜头文件： nh E!Pk  
RLE 01w=;Q  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH <edAWc+  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 jR/X}XQtY  
APS               5 %[p[F~Z^Z  
UNITS MM \8t g7Sdq  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 F^Q  
2r* o  
   0 AIR BtqJkdK!;1  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR Rw. Uz&  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 @Qx;J<{+g  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 b1 KiO2 E  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR %NAz(B  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 OI`Lb\8pP  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 2{#quXN9  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     6,c,i;
J_  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR 0{B5C[PTG  
END !-;Me&"I=`  
Stp??  
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。 atN`w=6A`  
,,G0}N@
7s  
CORE 16 $*@mxwMQ}  
DSEARCH 2 QUIET 3PJ  
USE CURRENT 5 ALL h+Z|s  
e3Lf'+G\  
GOALS zg5u  
ELEMENTS 5 riBT5  
FNUM 2 1 glv(`cQ  
BACK 10 SET >c1mwZS;  
STOP MIDDLE mS);bs  
STOP FREE <~Y4JMr"  
ASPH Q Y{J/Oib  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 aFC3yMKXh  
FOV .2 .4 .6 .8 1 d[o =  
DELAY OFF Nf;vUYP  
NGRID 6 '+}hVfN  
SNAP 10 i;\i4MT  
PLASTIC 5 7 9 11 13 VK
NCK  
!QUICK 30 40 wLgRI$_Dm  
ANNEAL 50 10 Q ^iI^)  
NPASS 50 OOv"h\,  
END )v|a:'%K_  
SPECIAL AANT 
Mv9s  
ACC 10 1 1 |Rp
C0I  
ACA 70 1 10 o?%x!m>  
LUL 90 .1 1 A TOTL VyI%^S ]sS  
END :zZtZT!  
GO ~ib#x~Db  
pw$I~3OFd  
7C 4Njei"  
f?{Y<M~]  
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 *PMql$  
h`vM+,I  
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。 5Pr<%}[S^  
Vl'=92t  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 Xpa;F$VI  
Tok"-
$`N  
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。 :}GxJT4  
dyx4_!fO  
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： ^<E,aCy  
"qDEI}  
s0`uSQ2X  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 (ncfR  
Z>D7C?v:(  
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。 xQD#; 7  
/vQ^>2X%
 
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。 S9L
3/P]  
Dnp^yqz*  
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 &R8zuD`#  
APS -9 +g.WO5A  
CSTOP '@W72ML.  
WAP 2 :WxMv~e{U  
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。 '<Vvv^Er  
9u)h$VC  
JZ
<O-G+  
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 ?(|!VLu  
\e=@h!p  
x x 'XR'zK  
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 KcrF=cA  
i$F)h<OU+  
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。 eR}d"F4W  
Y Jv{Z^;M  
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） dE^'URBiA  
lS,Hr3Lz  
:,7VqCh3@  
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@p?.%K{  
#?-W.  
0\mM^+fO
 
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。 Wm\f:|U5`  
RLE "~Eo=R0O  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 tz)L`g/J~  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           G>!"XK:fB  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' 4dy)g)wM  
MERIT   0.617523E-03 2T|L##C  
LOG        4 ~+d]yeDrhx  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 b
VVa5? HP  
APS              -9 *$s)p>  
CSTOP &zm5s*yNt  
WAP                2 Y
6CadC  
UNITS MM   p]>bN  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         :4;>).  
Kc(_?`  
   0 AIR l/1uP  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR 0J_x*k6  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 P"%/  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 Oa7W&wi  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR %%f=aPw  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 ?,Hk]Rl3  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 P@Qo2zTh%  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR Cf+O7Y`^  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 c#rbyx?5  
   5 CC     15.35107422 3Fr}8Dy  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 2f-Z\3)9 J  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 vCi:cIp/  
   5 CTE   0.650000E-05 6?t5g4q*nn  
   5 GTB U    'AD-5503         ' 8Za
hpB  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ";zl6g"  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {jv1hKTa  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 jb*#!m.l  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 B(>_.x#kv  
   5 PLASTIC D_8hn3FH  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR R `'@$"  
   6 CC     -1.63833609 Y /wvn8~C  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 '-*r&:  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8m9G^s`[  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 co12\,aD  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 X~j A*kmAj  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 f.u{;W  
   7 CC     -3.18613168 fW\u*dMMZE  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 -Z
w"o>  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 q6,xsO,+  
   7 CTE   0.600000E-04 PzF)Vg  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' M0]fh5O  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 %ZxKN;  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 w68qyG|wM  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 H;Bj\-Pa  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 +6>Pp[%  
   7 PLASTIC }M1<a4~  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR 9R E;50h  
   8 CC     -0.98132904 {vU '>pp  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ;3-ssF}k*  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0(..]\p^d  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Mu:H'$"'H  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 B 51LZP  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 _}\&;  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 T<ua0;7  
   9 CC     -5.54999790
 ^@ux  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 )/=J=xw2  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 2ru6bIb;  
   9 CTE   0.600000E-04 nd?m+C&W  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' a:8@:d1T K  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 s}A]lY  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 w(@`g/b  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 00Rk%QV  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ?@u &3/&  
   9 PLASTIC zzxU9m~"  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR v|e\o~2D`  
   10 CC      0.92206943 !P;qc
 
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 I?:V EN:  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 xq]&XlA:ug  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 iUO5hdOM  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^a]i&o[c  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 Tu"yoF  
   11 CC     -0.42284721 *R:nB)(6<  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 I/(`<s p  
   11 CTE   0.720000E-04 FqiK}K.~/  
   11 GTB U    'OKP4            ' 7z$+ *]9-  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *"4ltWS  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 RXP"v-  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 dp?uq'  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Z,2
uN!6  
   11 PLASTIC E^qKkl  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR 9 (&!>z  
   12 CC    -21.87743665 4bKZ@r%  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 O=mJ8W@  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7j]@3D9[:p  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :4A^~+J  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Xak~He  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 oDRNM^gz  
   13 CC     -2.93101390 `j2z=5  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 .h6h&[TEU  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 X$xqu\t7  
   13 CTE   0.600000E-04 \gzNM
I*  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' $;">/"7m  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #a0 (Wh7  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |Gs
LcUv6  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 C2VZE~U+  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 4]g^aaQFd>  
   13 PLASTIC H<>x_}&  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR aJfW75C  
   14 CC     16.95417460 6tJM*{$$H  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 U@*z#T#"m  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3}vlj:L  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 c2i^dNp_  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 xo*a9H?@  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR rVO+ vhih  
END +Gjy%JFp
 
5=$D~>-#  
另一种广角镜头： 4R
K^efnp  
在本章的第一部分中，我们观察到，超过90度的输入角需要一个定制的前端，其目的是将主射线的角度减小到一个更易于控制的值，以便光线能够通过。但如果这个领域的角度小于90度，工作就简单多了。 \;sUJr"$  
xOt|j4  
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 w ggl,+7  
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。 cL}g7D  
U2h?l `nP  
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。 a]Lr<i8#%  
_ '}UNIL  
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。 LX3 5Lt  
P3:hGmk8|j  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。