[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。 m6+2rD  
y#YCc{K [  
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： z8vFQO\I"  
{RwwSqJ  
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。 \#G`$JD  
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%tGFh  
G'}%m;-mt  
kZPj{^c:  
镜头文件： Eu
1s  
RLE r{p?aG  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH c\]h YKA  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 h, +2Mc<  
APS               5 pr@8PD2%  
UNITS MM ]+d.X]  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 !i#;P9K  
'Kp|\Tr  
   0 AIR pZ OVD%  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR Kd7OnU  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 ~cU,3g  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 Gd:fWz(  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR /`:5#O  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 F RS@-P  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 k<8:  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     #HM0s~^w&  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR mZMLDs:  
END qhLe[[>  
EDL<J1%  
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。 ,i,f1XJ|  
e,:@c3I  
CORE 16 +#'exgGU^[  
DSEARCH 2 QUIET <Pg.N  
USE CURRENT 5 ALL 1fEV^5I  
lq1pgM?Kf  
GOALS "1h|1'S50?  
ELEMENTS 5 3u+~
!yz  
FNUM 2 1 Z78&IbR  
BACK 10 SET ?}B_'NZ%  
STOP MIDDLE )v0m7Lv#/  
STOP FREE LT:KZ|U9  
ASPH Q O_KL#xo  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 a8A8?
:  
FOV .2 .4 .6 .8 1 b.j\=c  
DELAY OFF o5. q  
NGRID 6 *hFT,1WE=+  
SNAP 10 1w1(FpQO.  
PLASTIC 5 7 9 11 13 oy/#,R_n%  
!QUICK 30 40  Ur]5AJ  
ANNEAL 50 10 Q U2@?!B[\d`  
NPASS 50 H[!by)H  
END >E[cl\5$E  
SPECIAL AANT =(.HO:#  
ACC 10 1 1 MLId3#Q  
ACA 70 1 10 eUx|_*`  
LUL 90 .1 1 A TOTL YadyRUE  
END m|=/|Hm  
GO ]7c715@  
ECU:3KH>MF  
+r4^oT[-  
)6IO)P/Q~  
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。  A5Y z|  
b[$l{RQ[?  
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。 q31swP  
LI"ghz=F  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 v:s~Y  
sq&$  
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。 5BTQJa  
mi<V(M~p  
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： ]?b#~  
60^dzi!vs  
dJ:EXVU  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 a:v&pj+|<  
'd0]`2tVg4  
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。 I:bi8D6  
~Ci|G3BW  
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。 1r|'n aiZ  
m~#98ZJ^  
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 w+*Jl}&\  
APS -9 DHgEhf]  
CSTOP q\[f$==p  
WAP 2 }\P9$D+  
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。 6'+3""\  
9q;+ Al^Z  
N1+%[Uh9)  
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。 9.D'!  
K7U`  
j01#Wq_\fk  
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。 r;I3N+  
I[@}+p0  
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。 Abd&p N  
`=vL?w^QS  
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） SA)}---"  
F{B__Kf  
&0*j n
b  
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。 ,*}SfCon  
egK,e?~  
%Z}A+Rv+*m  
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。 7%&#V2  
RLE ^<.mUaP  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 pg [F{T<  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           0!eZ&.h?4  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' CES^ c-. k  
MERIT   0.617523E-03 DnMfHG[<  
LOG        4 t+|c)"\5h  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 [wj&.I{^s  
APS              -9 B9&"/tT  
CSTOP "z1\I\ ^  
WAP                2 LIT{rR#8  
UNITS MM   B|/=E470G  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         r**u=q%p  
N3!x7J7A  
   0 AIR &S>m+m'  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR `lRZQ:27X  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 ?MHVkGD  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 Ze~^+ EE  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR \/xWsbG\  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 T&H[JQ/h  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 qfd/t<?|D  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR kid3@  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 j,Eo/f+j5  
   5 CC     15.35107422 ypSW9n  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 }*4XwUM e  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 `b=?z%LuT  
   5 CTE   0.650000E-05 se:]F/  
   5 GTB U    'AD-5503         ' 4onRO!G,  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 7hlgm7^  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $-Lk,}s.*  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 h# c.HtVE  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 zYvf}L&]h  
   5 PLASTIC 82n
Q]  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR s5_[[:c=^  
   6 CC     -1.63833609 E
:a_f!  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 q"7rd?r52  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 sgW*0o  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <7NY.zvwk]  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ] lE6:^V  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 /o Q^j'v  
   7 CC     -3.18613168 8=Xy19<;t  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 80TSE*  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ?W:YS82  
   7 CTE   0.600000E-04 _WO*N9Iz  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' %JF.m$-  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 2Z;wU]  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 se(ZiyHp  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !C]0l  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |75>8;  
   7 PLASTIC `dO)}}| y  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR `O4Ysk72x9  
   8 CC     -0.98132904 ;.>CDt-E]  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 UIPi<_Xa  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7D PKKvQ  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :y^0]In  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 -LI^(_  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 q$6fb)2I]e  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 *{5p/}p  
   9 CC     -5.54999790 s ~c_9,JK  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 3 (Bd`=9  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Q}zAC2@L  
   9 CTE   0.600000E-04 MHar9)$}  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' yE1M+x./  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 >={?H?C  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 VSns_>o  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ZZ|a`U  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 M*li;  
   9 PLASTIC QT)D|]bH  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR jYE<d&Cq  
   10 CC      0.92206943 L@xag-b i  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #D4gNQg@R  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^'9:n\SKQ  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Hs,pY(l^  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 8s^CE[TA  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 r$7fw}'I  
   11 CC     -0.42284721 /<ODP6Yy;  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 G>"=Af(t?Y  
   11 CTE   0.720000E-04 >#~!03  
   11 GTB U    'OKP4            ' 3<">1] /,  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 UolsF-U}'  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2wCTd:e:  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
 @Tk5<B3  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 l`"i'P   
   11 PLASTIC 2UqLV^ZY  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR %A_h!3f&  
   12 CC    -21.87743665 5A^$!q P  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 mY!os91KoO  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6_xPk`m  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 a;@
G  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ++{,1wY\  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 KA^r,Iw  
   13 CC     -2.93101390 C(/{53G(  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 2L?jp:$;X  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 4I&e_b< 30  
   13 CTE   0.600000E-04 +Wgp~$o4  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' i b$2qy  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 cPu<:<F[  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 NHI(}Ea|]  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 =Rv!c+?  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 /XEt2,sI9  
   13 PLASTIC ?4QX;s7  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR FZdZGK  
   14 CC     16.95417460 "}/$xOl"  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Ky:y1\K1^K  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 z _A]mJ  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 uKOs
YN%D  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 &:Mk^DH5  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR xhq-$"B  
END 5SOl:{A+  
p>9-Ga  
另一种广角镜头： T-.Q  
在本章的第一部分中，我们观察到，超过90度的输入角需要一个定制的前端，其目的是将主射线的角度减小到一个更易于控制的值，以便光线能够通过。但如果这个领域的角度小于90度，工作就简单多了。 .eZsKc-@  
`
?M?WaP  
点击打开 C45M2，我们使用 DSEARCH 本身，没有添加前端，并指定广角校正参数(WAC)为50度，此镜头的最大视场角为86度而不是92.4度 fm u;Pb]r  
本例中，搜索统计显示，待分析的128例中，共有59例由于光线追迹失败而跳过。如果在不带WAC参数的情况下运行这个宏，程序将跳过128种情况中的125种。不要跳过用例总是一个好主意，因为有希望的配置可能会被错过。当你用 DSEARCH 搜索最佳镜头设计时，WAC参数是你可以尝试的另一个参数。 816O
V  
TAd~#jB9  
镜头仍然需要额外的工作，正如之前所做的，但重点是，有了这个稍微减少的视场角，工作更简单，不需要像我们上面做的那样对前端元素进行初步的计算。 eW"L")  
c}$C=s5 h}  
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。 Qf=+%-$Y  
'=eG[#gy  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。