[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。 Dm[4`p@IY\  

2hl'mRW  
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： ZUb6d*B  
>9(lFh0P  
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。 !~cTe!T  
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： *.AokY)_a  
xGJ{_M  
1j<=TWit  
镜头文件： bH&Cbme90-  
RLE Y0=qn'`.  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH jx&pRjP  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 X6/k `J  
APS               5 }\B`tAN  
UNITS MM `
ej  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 M& GA:`  
O/>$kG%ge  
   0 AIR RiF~-;v&  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR 'c\zWmAZ  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 <1VzQH!o  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 ^S'}RZ*>  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR n0kBLn  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 74rz~ZM 5  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 Q_xE:#!;  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     O2?ye4uq  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR P'GX-H  
END >n)N=Zyu  
<SUjz}_Oa:  
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。 ,L^eD>|j
5  

L{;q^  
CORE 16 k
`6T% [D]  
DSEARCH 2 QUIET R}a,.C  
USE CURRENT 5 ALL <*~vZT i(  
Z+@"  
GOALS xXM`f0s@+]  
ELEMENTS 5 C".&m  
FNUM 2 1 <P7f\$o~  
BACK 10 SET h*{{_3,  
STOP MIDDLE
.G#S*L  
STOP FREE a1]k(AuQrC  
ASPH Q 0n|op:]BHM  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 8'_>A5L/C  
FOV .2 .4 .6 .8 1 tWD~|<\. )  
DELAY OFF 6+A<_r`#Q  
NGRID 6 i2A>T/?{  
SNAP 10 "?hEGJ;m"  
PLASTIC 5 7 9 11 13 &!vJ3:  
!QUICK 30 40 s
={AdQ  
ANNEAL 50 10 Q /cUcfe#X  
NPASS 50 meT~b  
END Id(o6j^J_  
SPECIAL AANT {BKu'A  
ACC 10 1 1 R$4&>VBu  
ACA 70 1 10 7OYNH0EH  
LUL 90 .1 1 A TOTL ]fIv{[A_  
END N\1!)b  
GO P Ig)h-w?  
Pfu2=2Ra  
;(fDR8  
pHEhB9_A!  
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 RyKsM.   
(p'yya{(  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 ,5HQHo@  
aG}ju;  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 KlDW'R$  
tbF>"?FY/  
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。 nellN}jYsM  
o {Sc  
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： t/LQ|/xo  
%+YLe-\?  
N|Xx#/  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 s3kHNDdC  

pw" !iG}  
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。 at
]=SA  
0m$f9b|Q?  
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。 u~7m
H  
Ikql  
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 im|( 4f  
APS -9 X:bv ?o>Y  
CSTOP NypM+y  
WAP 2 >Lx,<sE  
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。 G=/a>{  
3 HOJCgit  
x1</%y5ev  
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。 i"Hec9Ri  
D*BZp0x  
$$ouqLu  
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。 8TGO6oY+=  
a|rN %hA4  
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。 e\%+~GUTC=  
8+K=3=05#U  
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） 9W88_rE'e}  
EITA[Ba B`  
f#mBMdj  
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。 ef8_w6i  

/RU'~(  
F5la:0fb  
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。 Agt6G\n  
RLE
uyBmGS2  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 4.il4Qqy}i  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           5p!X}u]  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' 7R9.g6j  
MERIT   0.617523E-03 Bu
|Uz0Y  
LOG        4 C_xOk'091  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 !lQGoXQ'4  
APS              -9 &c!d}pU}  
CSTOP ZI.;7G@|  
WAP                2  .>?h  
UNITS MM   o zg%-  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         !_EL{/ko  
Tj5G /H>   
   0 AIR y.,S}7l:
 
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR vC$Q4>m  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 8 Z|c!QIU  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 s+#|j;V<  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR pkTg.70wU  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 YDh6XD<Z  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 /IQl  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR 8/q6vk><  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 oVi_X98R  
   5 CC     15.35107422 OS|uZ<"Rq3  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 'lmZ{a6  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 1$S;
#9PQ  
   5 CTE   0.650000E-05 *;^!FBT  
   5 GTB U    'AD-5503         ' fDe4 [QQ8  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 5WhR|  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Qa*?iD  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 R}~p1=D  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 zx)^!dEMM  
   5 PLASTIC u=j|']hp#&  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR epz'GN]V  
   6 CC     -1.63833609 IX/FKSuq  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 :CH*~o  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 'p0|wM_  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $xx5+A%,  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 VrG4wLpLs  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 $E=t6WvA  
   7 CC     -3.18613168 z9> yg_Q  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 gkxEy5c[  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 D@]gc&JN[  
   7 CTE   0.600000E-04 O[nl#$w  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' ;=rMIi  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 a2:Tu  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \)?mIwo7~  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 m3|KIUP  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 FN$hEc!  
   7 PLASTIC <9za!.(zu  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR Y>OL2g  
   8 CC     -0.98132904 bXN-q!  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 [,GXA)j  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 c k~gB  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 fX.V+.rj  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 8mjP2  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 Dq T)%a  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 = mnjIp  
   9 CC     -5.54999790 O5"o/Y~m  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 j s(E-d/  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 F~Kd5-I@  
   9 CTE   0.600000E-04 &&1q@m,cP  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' ,gU%%>-_~w  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 0 O{Y Vk`  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 wp/u*g  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 WIwbf|\  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 >M` swEj  
   9 PLASTIC \L#BAB6z  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR Ru%: z>Y  
   10 CC      0.92206943 `_2#t1`u  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00  ]Ll<  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Q37VhScs  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 NJYx.TL  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 -KRHcr \  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 h]Zc&&+8{  
   11 CC     -0.42284721 ;qI5GQ {  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 '-jKv=D+  
   11 CTE   0.720000E-04 7R\!'`]\M  
   11 GTB U    'OKP4            ' Xco$ yF%  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 CK e  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -`e=u<Y9@  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `92 D]^g  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 B0c}5V  
   11 PLASTIC ,5\:\e0H  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR ;F&wGe  
   12 CC    -21.87743665 ~L(_q]  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *$(=I6b  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 O$ i6r]j_  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 RJs_ S  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Y
tQKsM  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 X$JO<@x  
   13 CC     -2.93101390 ,8(%J3J  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 syh0E=If_  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 
z(< E %  
   13 CTE   0.600000E-04 )Jx!VJ^Y  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' VGcl)fIqw?  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #e%.z+7I  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 oWyg/{M  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;U<)$5  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 0:G@a&Lr  
   13 PLASTIC 98C~%+  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR "xdJ9Z-B  
   14 CC     16.95417460 @{_PO{=\C  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 (2@b ,w^  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ilK8V4k<T)  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^JtGT  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 6\86E$f=h  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR 2W pe( \(  
END Y,D\_il_  
kyJv,!};  
另一种广角镜头： "!)8bTW  
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。 89l_%To  
F dv&kK!  
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 *Oz
5I  
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。 17D167\X  
MbnV5b:X  
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。 ;_j\E(^%  
5d}PrYa  
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。 E08AZOY&g  
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除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。