[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。 \~.elKw<U  
eBqF@'DQ  
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： 3 <Zo{;  
A_+*b [P  
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。 TIxlLOs
 
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： USH>`3  
`+(4t4@ew  
A:*$rHbzl  
镜头文件： v1$}JX  
RLE 02C;  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH ' wKTWmf?\  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 R^rA.7T  
APS               5 n6{nx[%7N7  
UNITS MM *}Rd%'  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 :AyZe7:(D  
rLcXo%w  
   0 AIR \3whM6tK  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR Fl++rUT  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 |`Be(  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 S9 @*g3  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR #!4`t]E<  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 e r"gPW  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 wV'_{/WM  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR    
F8B:P7I  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR ~
TjTd  
END F2v9XMi  
D1EHT
}  
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。 :KsBJ>2ck  
6+Y@dJnPT  
CORE 16 I bE Nq  
DSEARCH 2 QUIET :U-yO 9!j  
USE CURRENT 5 ALL )T@+"Pw8t  
Q#Xa]A-  
GOALS uU1q?|4  
ELEMENTS 5 kLbo |p"cT  
FNUM 2 1 <"`P;,S  
BACK 10 SET N~B'gJJDx  
STOP MIDDLE v[>8<z8  
STOP FREE ; .hTfxE0  
ASPH Q #M92=IH  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 [bd?$qi  
FOV .2 .4 .6 .8 1 7` t,   
DELAY OFF k_1oj[O  
NGRID 6 F-Ywl)  
SNAP 10 2_){4+,fu  
PLASTIC 5 7 9 11 13 /(bn+l}W  
!QUICK 30 40 ;MjOs&1f0K  
ANNEAL 50 10 Q =[o/D0-Kn  
NPASS 50 < !]7Gt  
END %xt\|Lt  
SPECIAL AANT ;sd] IZ$#  
ACC 10 1 1 NjSjE_S2B8  
ACA 70 1 10 (rSBzM]H  
LUL 90 .1 1 A TOTL Dz+R Q`Vn  
END %$F\o1S  
GO J+*n}He,  
m ,TYF  
m`8tHHF  
x[2eA!NC  
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 [ ]=}0l
<J  
JP 8v2) p  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 [RHji47  
2graLJ?9Z  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 jI807g+  
}C&kzJBEF  
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 ow,=M%x"0  
L!kbDbqn  
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： O)G^VD s  
u1(8a%ZC  
:@+@vM;gh  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 Q?W}]RW  
z@J;sz  
现在需要进一步改进设计。运行 DSEARCH 产生的优化 MACro，镜头的性能变化很小。 G-sA)WOF  
)L:p.E  
现在必须检查视场的像质。 在 PAD 中，单击PAD工具栏中的“扫描”按钮，然后观察到靠近曲面9的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中，我们必须控制它。 Sc&p*G  
NeY,Of|  
由于我们改变了 YP0 的数量，目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果，但是现在我们必须把它放在那里。在 WS 编辑窗格中，我们输入 5}2XnM2  
APS -9 3UQ~U 8  
CSTOP Mhze!!  
WAP 2 FcZ)_m6m  
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 )NS&1$  
)wz3m L  
Iw) 'Yyg  
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。 -m>ng E~q  
5*7 \Yjk?  
z[ ml;?  
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。 NI?YUhg>  
*Ldno`1O  
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。 4vRIJ}nQ  
z8hAZ?r1`  
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） eLAhfG  
'; Z!(r  
"#a,R^J  
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。 %{M&"Mv  
xiG_l-2l  
Ro|%pT  
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。 h*\/{$y  
RLE ZJ|'$=lR  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 'VTLp.~G~  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           zwJVi9sO  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' ON<X1eU  
MERIT   0.617523E-03 _l;$<]re\k  
LOG        4 _lj&}>l  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 !*l5%H  
APS              -9 CERT`W%o  
CSTOP :=K <2
 
WAP                2 Cn>RUGoUsI  
UNITS MM   c*#*8R9.y  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         KnuQ
5\y  
G(1y_t  
   0 AIR B#U:6Ty  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR -<tfbaA  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 O}IRM|r"  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 m'i^BE  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR H
o;bgva  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 0QxE6>xL=  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 I2PFJXp_]n  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR Zr.6J*&!  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 Tp?l;DU  
   5 CC     15.35107422 5<y pK`Kq  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 k)l^;x-  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 7xmif YC  
   5 CTE   0.650000E-05 5E!G
  
   5 GTB U    'AD-5503         ' =whYo?cE(  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ;<=B I!  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !:^lTvYWZH  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 zU)Ib<$  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Ce0YO~I  
   5 PLASTIC 7#BUd/  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR y`OL^D4  
   6 CC     -1.63833609 .\X;VWTI  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 D8''q%  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }QqmDK.  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ?A4t &4  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 LiF(#OuZ  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 Y([YDn  
   7 CC     -3.18613168 <x|P}  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 M[@=m[#a  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 A#6\5u  
   7 CTE   0.600000E-04 VV1I2YcKt  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' |#
. J  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 (7qdrAeP  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 +$F_7Hx  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 J!GWP:b3  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 CI )89`  
   7 PLASTIC "/zI
sn7  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR QIMoe'p  
   8 CC     -0.98132904 ?{O >&<~  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 LT3ViCZ-n  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 1[;~>t@C  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7:D@6<J?  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 dk^Uf84.Gr  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 hZobFf  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 5k^UZw  
   9 CC     -5.54999790 L/VlmN_v>s  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 o=1M<dL  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 /b)V=mcR  
   9 CTE   0.600000E-04 n!B*n(;!u  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' 1%nE  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 4{s3S2f=  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Yc,qXK-  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `bJ+r)+5  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 X. =%  
   9 PLASTIC 5Cp6$V|/kv  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR EC4RA'Bg1k  
   10 CC      0.92206943 X7*i-v@  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 R4V~+tnbG&  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 SeC[,  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $#k8xb  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 {v,O  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 C#r1zr6  
   11 CC     -0.42284721 mct$.{~  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 P)2.Gx/  
   11 CTE   0.720000E-04 hw@ `Q@  
   11 GTB U    'OKP4            ' ^rmcyy8;g  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 l1&NU'WW  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 )e$}sw{t  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \D9J!K82  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 YQ&Ww|xe  
   11 PLASTIC Vg6/1I  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR }J~ d6m  
   12 CC    -21.87743665 P,|%7'?Y  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 G
d:TM]rJ  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 nNCG*Vu  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^4
WNP  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 vnNX)$f  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 (^:0g.~c  
   13 CC     -2.93101390 Y-Zw'  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 6z6\-45  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 5@YrtZI  
   13 CTE   0.600000E-04 oV)#s!  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' x.+r.cAXH  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 < )dqv0=  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 LRJY63A  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *?2aIz"  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 <}G*/ z?/  
   13 PLASTIC 
{<~oa+"  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR pf\ Ybbs  
   14 CC     16.95417460 PJ-EQ6W  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 3y[6n$U&  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 59Lv/Mfy  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 M@k8;_5  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 B1x# 7>K  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR r9nyEzk  
END )Vn(J#s
 
D#=$? {w  
另一种广角镜头： 9;\a|8O  
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。 K}vP0O}  
\gBsAZE  
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 N)kZ2|oD  
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。 TpB4VNi/<  
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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: j9ze  
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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。 eK=W'cNu  
9!``~]G2  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。