[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。 ~Rk~Zn  
Rr6}$]1  
在这种情况下，有一个相当简单的方法可以很好地实现：首先画出一个前端，将光束转换成一个角度较小的光束，然后从那里开始，用 USE CURRENT 声明该部分。下面是一个例子： WHKe\8zWq  
&(i_s  
我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头，F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先，我们必须创建一个可追迹的前端。 XX[CTh?O%  
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，并指定用于广角的物体类型 OBD，并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始，比如50度，然后，使用 WorkSheet™ 滑块，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时，增加 OBD 视场角，以这种方式继续，直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分： _2E*  
}>< v7  
Xjs`iK=w  
镜头文件： Auk#pO#  
RLE |h* rkLY  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH w-wap  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 )H|cri~D  
APS               5 t?;\'  
UNITS MM ^q)AO?_  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 }`^DO Ar  
l#cG#-  
   0 AIR q3}WO]TBj  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR l7vxTj@(-  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 Z|6,*XEc   
1    GLM      1.50000000             55.00000000 ^&Wa? m.  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR lXOT>$qR<  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 x_$`#m{hL5  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 1yV+~)by3  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     g=L80$1  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR GW\66$|  
END z6x`O-\  
ViYfK7Z  
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。 !@4 i:,p@  
Z+g9!
@'a  
CORE 16 jN T+?2  
DSEARCH 2 QUIET <tto8Y j  
USE CURRENT 5 ALL l _gJC.  
4c9a"v  
GOALS g#b9xTGJ^  
ELEMENTS 5 s|\\"3  
FNUM 2 1 X<mlaXwrA  
BACK 10 SET x
".!&5  
STOP MIDDLE gnN"6r1  
STOP FREE xZ(ryE%  
ASPH Q )];Bo.QA  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 CRs@x` 5ue  
FOV .2 .4 .6 .8 1 FW)VyVFmk  
DELAY OFF p-XO4Pc6  
NGRID 6 Z~1uyr(  
SNAP 10 K7c[bhi_w  
PLASTIC 5 7 9 11 13 hI 1or4V  
!QUICK 30 40 PWk\#dJN&  
ANNEAL 50 10 Q oe<DP7e  
NPASS 50 &>P<Zw-  
END `lA_knS  
SPECIAL AANT ,#U[
)}i
m  
ACC 10 1 1 zEk/15  
ACA 70 1 10 H*HL:o-[  
LUL 90 .1 1 A TOTL )f,9 h  
END D`R~d;U~  
GO xO&qo8*  
[,56oMd~  
%U6A"?To  
Z -fiJ75  
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。 WS//0  
7#(0GZN9h%  
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。 aM+Am,n`@  
3?e~J"WXC5  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 q~`dxq`}  
"p]!="\  
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。 spT$}F2n  
=SD^Jl{H  
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： Jq?Fi'2F%  
ZI.Czzx\=  
2Q5-.2]  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 4W#DLi
p9  
XAZPbvG|$  
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。 HD'adj_,  
ow{J;vFy\  
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。 RM;U
q>l  
Eq|5PE^7  
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 ?|~KF:,#}  
APS -9 ne: 'aq  
CSTOP  &Ufp8[  
WAP 2 q%LjOPE V  
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。 0O[le*3b  
Q5lt[2Zyzd  
H:S<O%f  
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。 j WSgO(y  
w'E(9gV  
%o5'M^U  
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。 6_:I~TTX  
5'(T*"  
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。 `~z[Hj=2  
f `D(V-4  
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） k*v${1&  
bB>.dC  
iL2__TO  
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。 AOJ[/YpM  

e{9~m  
uq;yR[w"  
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。 y+Hz(}4  
RLE Z~<=I }@  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 )E}@h%d  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           }LeS3\+UHl  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' IJt'[&D  
MERIT   0.617523E-03 [:(/cKo  
LOG        4 y$9! rbL  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 >cLh$;l  
APS              -9 #4JLWg  
CSTOP \m%c"'[  
WAP                2 P@f#DX )  
UNITS MM  
f%i%QZP  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         PXqG;o*Q*?  
-Lu&bVt<>  
   0 AIR )P>/g*  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR \A,zwdt P  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 /&<V5?1|  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 rlGv6)vb  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR >:4`y"0  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 SZyORN  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 a+cDH  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR EZN!3y|m  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 %1$#fxR  
   5 CC     15.35107422 J8i,[,KcE  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 ~\AF\n%  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 r~2hTie  
   5 CTE   0.650000E-05 3h:y[Vm#9y  
   5 GTB U    'AD-5503         ' e0h[(3bXs$  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 A*wf: mW0c  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
'A^q)hpax  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3z(4axH'  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 HFI0\*xn(  
   5 PLASTIC dJ m9''T')  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR b,YNCb]H  
   6 CC     -1.63833609 %T\hL\L?  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 huS*1xl  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 D[#V  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `d$@1  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |oke)w=gn  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 2jC`'8  
   7 CC     -3.18613168 ~r!(V;k{  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 {x.0Yh7  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 )0iN2L]U;  
   7 CTE   0.600000E-04 : S3+
UT  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' @qan&?-Y  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 <JH,B91  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 TKv!wKI  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 w$6Z}M1d  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 )?UoF&c
/  
   7 PLASTIC 3_Xu3hNH!  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR /De~K+w7o  
   8 CC     -0.98132904 `vgaX,F*  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 UJSIbb5  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -]HZ?@  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 sHc-xnd  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00
Lr D@QBT  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 jt on\9  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 {V2"Pym?  
   9 CC     -5.54999790 @)uV Fw"\  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 ?nGiif  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 8zD>t~N2C  
   9 CTE   0.600000E-04 f4b9o[,s2e  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' v={{$=/t  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 1wKXOy=v0  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 L|T?,^  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 R-S<7Q3E0=  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 p8_^6wfg  
   9 PLASTIC
0H}tb}4  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR z6C(?R  
   10 CC      0.92206943 =+Fb\HvX{  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 o+A1-&qhN  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 kFWwz^x  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $TXxhd 6  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 0bDc 4m  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 fw jo?  
   11 CC     -0.42284721 L^ J|cgmNw  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 dA~:L`A|X  
   11 CTE   0.720000E-04 ]=qauf>3  
   11 GTB U    'OKP4            ' su1lv#
 
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 w}>%E6UY  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,G

t!nm_  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {,Q)D$i  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 FnA Kfh(  
   11 PLASTIC )}`z<)3jP  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR Ig`q[o  
   12 CC    -21.87743665 dZ`Y>wH_  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Ak9{P`  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 N|DI k  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 112WryS  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 rM
DvnF  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 PN l/}'  
   13 CC     -2.93101390 K=[7<b,:3  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 2{rWAPHgz  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 -[7+g  
   13 CTE   0.600000E-04 @kFZN
6  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' #:gd9os :  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 )A7^LLzG  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 iWf+wC|  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _-_iw&F  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 \%a0Lp{ I  
   13 PLASTIC c`!e#w  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR ?$f.[;mh  
   14 CC     16.95417460 3U@jw,K!{A  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 4>jHS\jc  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 )}@D\(/@  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 o72r `2  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 f CU]  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR ?.46X^  
END @sLN  
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另一种广角镜头： 3CoZ2  
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。 1!v{#w{u7  
ka9@7IFM  
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 ,_e[P  
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。 PAYw:/(P  
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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。 oe*1jR_J`[  
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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。 duY?LJ@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。