[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。 l0,VN,$Yl  
vcu@_N1Dc  
在这种情况下，有一个相当简单的方法可以很好地实现：首先画出一个前端，将光束转换成一个角度较小的光束，然后从那里开始，用 USE CURRENT 声明该部分。下面是一个例子： MBt\"b#t  
W_M#Gi/AL  
我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头，F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先，我们必须创建一个可追迹的前端。 `r SOt*<  
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，并指定用于广角的物体类型 OBD，并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始，比如50度，然后，使用 WorkSheet™ 滑块，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时，增加 OBD 视场角，以这种方式继续，直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分： Z4/D38_  
e7GYz7  
D-{*3?x  
镜头文件： lW|=rq-|  
RLE -/?)0E  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH bss2<mqlH  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 QtnNc!,n  
APS               5 X?t;uZI^  
UNITS MM #l}Fk
)dj  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 EFC+7L(j  
mce qZv  
   0 AIR _R
]s1  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR a,oTU\m C  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 vU%K%-yXG7  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 Sa<(F[p`  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR =i vlS  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 (NFrZ0  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 `D%i`"~Lf&  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     129\H< m  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR &fB=&jc*j  
END .;7V]B1o  
q!Ek EW\n  
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 8D)1ZUx7`  
~RVlc;W  
CORE 16 m OUO)[6y  
DSEARCH 2 QUIET V$hL\`e  
USE CURRENT 5 ALL Kfb(wW  
"T=j\/Q  
GOALS 15jQ87)  
ELEMENTS 5 v K{2  
FNUM 2 1 .
9x*YS  
BACK 10 SET K*5gb^Ul  
STOP MIDDLE W<)nC_$  
STOP FREE _<f%== I'  
ASPH Q PpFQoY7M  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1"CWEL`i  
FOV .2 .4 .6 .8 1 w98M#GqV  
DELAY OFF 6V$ )ym*F  
NGRID 6 ied1+H  
SNAP 10 *~P| ? D'  
PLASTIC 5 7 9 11 13 3?j:M]fR  
!QUICK 30 40 p7> 9 m  
ANNEAL 50 10 Q +#wVe  
NPASS 50 #+D][LH4  
END *e [*  
SPECIAL AANT 1f+A_k/@  
ACC 10 1 1 Z]uc *Ed  
ACA 70 1 10 NB<8M!X/  
LUL 90 .1 1 A TOTL KH#z
=_  
END CP\[9#]:  
GO 2fkyz  
i45.2,  
S}rEQGGR{  
TP#Ncqh  
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。 +i}H $.  
M 0}r)@  
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。 SM)"vr_  
qery|0W  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 k(RKAFjY  
$s=` {vv  
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 nmn/4>  
[nHN@p|  
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： Xbmsq,*]  
neu<zSS  
to).PI?  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 sHPAr}14  
8Kl&_-l{b  
现在需要进一步改进设计。运行 DSEARCH 产生的优化 MACro，镜头的性能变化很小。 .*6Nq
X$  
{i=V:$_#  
现在必须检查视场的像质。 在 PAD 中，单击PAD工具栏中的“扫描”按钮，然后观察到靠近曲面9的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中，我们必须控制它。 >k\p%
{P  
5D<Zbn.>q  
由于我们改变了 YP0 的数量，目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果，但是现在我们必须把它放在那里。在 WS 编辑窗格中，我们输入 #xx.yn(7  
APS -9 ~m<K5K6 V  
CSTOP =U~53Tg  
WAP 2 &V 7J5~_  
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 f{2UL ?y  
e}5x6t  
J#H,QYnf(L  
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 4_>;|2  
8>j&) @q  
-}4CY\d6'  
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 HABUf^~-  
P%&|?e~D^  
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 " ]k}V2l  
.= ~2"P  
再次运行 MRG，这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑胶。设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） ?99r>01>  
OH`zeI,[*  
|g \_xl  
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 A#']e8  
unFm~rcf  
a5m[ N'kah  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 dm"x?[2:  
RLE x(Uv>k~i}  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 HZ!<dy3  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           Qt\:A!'jw  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' 6qmV/DL  
MERIT   0.617523E-03 XySkm2y  
LOG        4 (bsywM  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ?z|Bf@TJ[+  
APS              -9 W\0u[IV.x  
CSTOP #a@jt  
WAP                2 L Y4bn)Qf  
UNITS MM   cGo_qR/B(>  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         -#;ZZ\fdj  
_IEbRVpb  
   0 AIR y+$vHnS/jC  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR @\gE{;a8  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 Ivcy=W=Jk  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 =d@)*W 6  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR NMg(tmh  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 <2kv/  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271  )bYOy+2g  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR 0H%zkJ>Q  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 CD#U`jf  
   5 CC     15.35107422 CUc,  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 4_2oDcdf  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 !]7b31$M_  
   5 CTE   0.650000E-05 p|qLr9\A  
   5 GTB U    'AD-5503         ' 8kd):gZKZ  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 I)jAdd
 
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 W:j9KhvT  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 4/\Ynb.L  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Ap"%%D^{:  
   5 PLASTIC >e.vUUQ{  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR =d~pr:.F  
   6 CC     -1.63833609 dKXzFyW  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 &'DR`e O)  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :.BjJ2[S  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 WSU/Z[\`H  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 h<'tQGC  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 UWqX}T[^  
   7 CC     -3.18613168 ~z41$~/  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 hWn-[w/l_  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Z3Ww@&bU  
   7 CTE   0.600000E-04 ,G?Kb#  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' c9nv=?/}f  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 i
(e=
  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 d7&d FvG  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 R;U4a2~  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 j~+(#|  
   7 PLASTIC HpeU'0u0VK  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR %/nDG9l  
   8 CC     -0.98132904 |yj0Rv  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 H8@z/  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 >x~Qa@s;  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 /-^{$$eu  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 f/.f08  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 m>w{vqPwJ  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 l]R7A_|  
   9 CC     -5.54999790 n#?y;Y\  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Mxd7X<\$  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 %bdBg  
   9 CTE   0.600000E-04 SuV3$-);z  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' ?caHS2%?ae  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #+h#b%8  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 u,=?|M\  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 v$;URF%^  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Y@Ry oJ  
   9 PLASTIC &(o&Y  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR D^t:R?+  
   10 CC      0.92206943 %\'G2  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 x>4p6H{]0'  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 hv|-`}#0  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 EuVA"~PA  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 '['x'G50  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 ]_!NmB_3  
   11 CC     -0.42284721 w&hCtc  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 d?/g5[  
   11 CTE   0.720000E-04 #?>p
l.  
   11 GTB U    'OKP4            ' v}!^RW'X  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 zqXDD; w3  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 x>J(3I5_b  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 9RK.+2  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 NOAz
"m+o  
   11 PLASTIC B1Z;  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR 7^#O{QYol  
   12 CC    -21.87743665 cxPOO#  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 OwDwa~  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 G ,`]2'(@  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 C(xsMO'k,,  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 @aB7dtM  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 @y eAM7  
   13 CC     -2.93101390 %_39Wa  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 %?/vC6  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 mZnsr@KF  
   13 CTE   0.600000E-04 u@Z6)r'  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' \z@:OR,  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 tC/+  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;jKLB^4nX  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 r"VNq&v]9  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 }_+):<Db
 
   13 PLASTIC lm{4x~y$h  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR |$GPJaNqa  
   14 CC     16.95417460 &EC8{.7  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 K'K/}q<  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 dD 6
jMl  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Q} -YD.bx3  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 j0=H6Y  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR .F\[AD 5  
END #!(2@N8  
F}B2nL&  
另一种广角镜头： Q:ql~qew  
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。 W:8{}Iu<  
L5wFbc"u  
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 B+c,3@)x  
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。 sr<\fW  
\MAv's4b@  
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。 4Le{|B  
9S5C{~P4  
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。 sei%QE]!/  
H.tfn>N|  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。