[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。 ~M*7N@D  
Tu==49  
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： .a {QA  
8:~b &>  
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。 ; /=
L  
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： )ukF3;Gt  
@ozm;  
0"4J"q]&  
镜头文件： C
DJ$hu  
RLE ^mAJ[^%  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH )q^(T1  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 "8FSA`>=  
APS               5 |l$ u<3  
UNITS MM v C^>p5F  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 3=IG#6)~C  
L,6MF,vx  
   0 AIR Ny]lvgu9X  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR a"k'm}hVY$  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 Trpgx  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 nVNs][  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR 'w:bs!  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 $<:'!#%  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 Jlz9E|*qV  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     ZH!;z-R  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR !F-sA: xq  
END _OLI%o  
PaNeu1cO  
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。 W|0My0y  
 K,6OGsh  
CORE 16 9Kx<\)-GMD  
DSEARCH 2 QUIET @bE~@4mOu  
USE CURRENT 5 ALL $ND90my  
p x0Sy
|  
GOALS @FU~1u3d  
ELEMENTS 5 A4}#U=3tI  
FNUM 2 1 j|k@MfA  
BACK 10 SET h>| g2h  
STOP MIDDLE db'K!M)  
STOP FREE IEc>.J|T&  
ASPH Q 1b8
c67j[  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ,b4g.CV  
FOV .2 .4 .6 .8 1 ;KL9oV!<f  
DELAY OFF ;sCU[4  
NGRID 6 sLZ>v  
SNAP 10 g[AA,@p+  
PLASTIC 5 7 9 11 13 zPHy2H$28  
!QUICK 30 40 vn``0
!FX  
ANNEAL 50 10 Q JS PW>W"  
NPASS 50 0lBat_<8  
END {!MVc<G.  
SPECIAL AANT YQ+^  
ACC 10 1 1 YroNpu]s  
ACA 70 1 10 jx'
2N~$  
LUL 90 .1 1 A TOTL !:dL~n  
END CB6o$U  
GO *Er? C;  
H}B2A"  
`2,a(Sk#  
<&6u]uKrW  
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 4QO/ff[ o  
l^
Rm0t_  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 "1K:/n  
;$z7[+M  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。
l0:5q?g  
ydB$4ZB3[  
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。 `\ R{5TU  
8<{;=m8cQ  
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_r
0  
K0oFPDJN  
F3Ap1-%z  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 ^4 8\>-Q\  
M7vj^mt?
 
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。 ,z[(k"  
XGhw
rI^  
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。 St2Q7K5s{  
Wy.";/C  
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 @701S(0'7  
APS -9 pqH4w(;  
CSTOP 8kS~ENe?o  
WAP 2 @mNJ=mEV  
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。 xDUaHE1co  
LXNQ
b6!  
t!0dJud  
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。 O|7yP30?M  
!k-` eJ|  
`kPc!I7Y  
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。 ;ctU&`  
6__K#r  
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。 cix36MR_  
]u0Jd#@  
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） 4.'JLArw  
mW +tV1XjG  
3Oiy)f@{TF  
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。 {(Fe7,.S3  
Hm4bN
\%  
@ae
>b  
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。 rN#\AN  
RLE j3P$@<  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 N"1QX6  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           FUqt)YHi  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' EY$?^iS  
MERIT   0.617523E-03 e8q4O|I_  
LOG        4 U|?,N0%Z1  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 Rsn^eR6^  
APS              -9 =:/>6H1x  
CSTOP R@n5AN(  
WAP                2 \O? u*  
UNITS MM   n_P(k-^U*  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         c,$mWTC  
2LK]Q/WG,+  
   0 AIR QiU_hz6?v  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR jb3.W  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 xYwkFB$$*  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 MD4\QNUa)*  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR  qpTm  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 rKp1%S1  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 ]1}h8/  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR @d)LRw.I  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 "kr,x3 =  
   5 CC     15.35107422 -l JYr/MSL  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 -|[~sj-p  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ETm]o  
   5 CTE   0.650000E-05 zX~}]?|9  
   5 GTB U    'AD-5503         ' [Xh\mDU.  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ugxw!cj  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !0Nf9  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~p^7X2% !  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #>bT<  
   5 PLASTIC ; 8E;  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR Ut_mrb+W  
   6 CC     -1.63833609 #TATqzA  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 $',3Pv  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 v:A:37#I  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 bg1un@%!l  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 4 l1 i>_R  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 QT;Va#a  
   7 CC     -3.18613168 9FNwpL'C  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 XNlhu^jh  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 f?0D%pxc}&  
   7 CTE   0.600000E-04 ls]H6z*q  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' SUc6/'Rdr  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ]ViOr8u  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8nsZ+,@+[  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 h~fWE  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 LfllO  
   7 PLASTIC gD1+]am  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR 3I\m,Ob  
   8 CC     -0.98132904 oXbI5XY)wb  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 RJ*F>2  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^Xa*lR 3  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _4!{IdR  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 )7w@E$l"  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 uOFnCy 4  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 R=Ymo.zs6  
   9 CC     -5.54999790 obYn&\6  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 niQcvnT4b  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 <N-=fad]  
   9 CTE   0.600000E-04 m r2S!  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' _ .!aBy%xf  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Oj-r;Tt_G}  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }1F6?do3&  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5}7ISNP;f  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ,02w@we5  
   9 PLASTIC P{Lg{I_w.B  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR c>rKgx  
   10 CC      0.92206943 AI~9m-,mE  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Br&^09S  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,S0UY):(A  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }U i_ynZ!  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |mvM@V;^8{  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 zu C5@jy.x  
   11 CC     -0.42284721 gZ*hkKN6  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 >"b[r  
   11 CTE   0.720000E-04 VAg68EbnF  
   11 GTB U    'OKP4            ' !%V*UR9  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 r*]uR /Z$  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 DUhT>,~]  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 p&uCp7]U  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 q#|r  
   11 PLASTIC M_; w%FV  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR hRLKb}  
   12 CC    -21.87743665 9ClF<5?M  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 58PKx5`D  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 H<XlUCr_~+  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8lpzSJP4k  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 l<Lz{)OR  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 5Fh8*8u6hL  
   13 CC     -2.93101390 2$3kKY6$e  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 _
\!0t  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 #.b^E3#+  
   13 CTE   0.600000E-04 Q84t9b  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' 7G2vYKC'  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 l)H9J]  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 RRNH0-D1l  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,;c{9H  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !bieo'
c  
   13 PLASTIC &%}bRPUl  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR \DaLHC~  
   14 CC     16.95417460 UFos E|r:  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 tfsh!)u?  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 lR,G;  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 48;~bVr}  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Na-q%ru  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR e`vUK.UoW  
END WVinP(#nfM  
I>\}}!  
另一种广角镜头： tjt=N\;  
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。 "\}21B~{7'  
0:s8o@}  
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 JtThkh'-"  
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。 L,GShl0S  
y{:]sHyG  
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。 2YaTT& J  
Pb*q;9  
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。 2Qw)-EB  
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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。