[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。 UZi^
 &
 
AMG}'P:  
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： &W-L`aFd0  
h8Q+fHDYv  
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。 pzbR.L}'D  
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： gD3s,<>o  
C<?}?hhb  
'C8VD+p  
镜头文件： l~;H~h!h/  
RLE 0;2i"mzS\  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH u=z$**M^  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 p @&>{hi@  
APS               5 '$YB -  
UNITS MM U&y
Xs'3a&  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 X^ckTIdR  
_Db=I3.HJ  
   0 AIR `uM:>  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR z8_m<uewz  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 Py$Q]s?\1  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 GwQW I]  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR XAwo~E  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 G#gUd'=M  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 M$~3`n*^  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     Ig}G"GR  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR 3('=+d[}Vw  
END @w
y|l)%  
k!3X4;F!_  
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。 Qz\yoI8JA,  
?YWfoH4mS  
CORE 16 M(|Qvh{Q6  
DSEARCH 2 QUIET Tm(XM<  
USE CURRENT 5 ALL 0{^vqh.La  
T]-yTsto  
GOALS zs e<b/G1G  
ELEMENTS 5 }IO<Dq=[  
FNUM 2 1 dU1w)Y  
BACK 10 SET W^npzgDCo  
STOP MIDDLE :,gnOfV=  
STOP FREE ("Z;)s4q  
ASPH Q 74Xk^8  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 v,y nz'>)  
FOV .2 .4 .6 .8 1 uPKq<hBI  
DELAY OFF 4)0 %^\p  
NGRID 6 vw5f.
8T;w  
SNAP 10 K]ob>wPf  
PLASTIC 5 7 9 11 13 4 AZ~<e\  
!QUICK 30 40 $&~/`MxE  
ANNEAL 50 10 Q fZ1v|  
NPASS 50 }/&Q\Sc
  
END W
&CQ87b  
SPECIAL AANT ,Tc3koi  
ACC 10 1 1 7K.&zn  
ACA 70 1 10 A}WRpsA9  
LUL 90 .1 1 A TOTL f2Zi.?``H  
END `q|&;wP.  
GO OzY55  
B?Ac  
#[0:5$-[  
6hDK;J J&  
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。 @)s;u}H  
Q
R4rQu  
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。 uw!  
h07Z.q ;  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 e9e%
8hL  
sqTBlP  
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。 d\aKGq;8C  
<"A|Xv'Q  
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： io:g]g  
Rs_0xh  
j,%@%upM  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 3 i<,#FaL  
j !^Tw.Ty  
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。 U |I>CDp  
?_mcg8A@@*  
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。 hY 2nT  
.N2yn`
  
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 Gt#Jr!N~  
APS -9 Fe 3*pUt  
CSTOP jv$Y]nf  
WAP 2 +Qy*s1fit  
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。 ",/3P
T  
5`qt82Qm  

GT\, @$r  
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。 RC
7|@a  
d"3S[_U  
s ^NO(  
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。 hsV+?#I  
we'<Y  
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。 hZGoiWC  
/H#- \r&r  
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） fw>@:m_bK  
yXU-@~  
TU ]Ed*'&  
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。 {\-rZb==F2  
~3}Gu^@  
V:F;Nq%+j  
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。 (]7*Kq  
RLE ^l1tQnj)7  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 ;\`~M  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           bc}X.IC  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' :xw2\:5~0  
MERIT   0.617523E-03 RZ)sCR  
LOG        4 4R!A.N
9  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 =ark?<E  
APS              -9 hW*2Le!I  
CSTOP b i^h&H  
WAP                2 2m.RM&TdB  
UNITS MM   HZMs],GX  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         9xWC<i  
97:1L4w.(  
   0 AIR d q=>-^o  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR _'&N0
1  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 v+-f pl&  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 eeIh }t>[  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR
o?\)!_Z|  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 <%eY>E  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 ?]gZg[  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR <*L=u;  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 ={' "ATX(U  
   5 CC     15.35107422 E_&Hje|J_[  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 ZK5(_qW&i  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 uY0V!W  
   5 CTE   0.650000E-05 :PtpIVAosg  
   5 GTB U    'AD-5503         ' %VYQz)yW  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 5zJkPki  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 HE&,?vioy  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !mFo:nQ)}  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 D^Dm, -  
   5 PLASTIC U -~%-gFC  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR *Yv"lB8  
   6 CC     -1.63833609 !- f>*|@  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 PpMZ-f@  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 m1_?x
U  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 zi:F/TlUC  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ,oe e'  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 U`q[5U"  
   7 CC     -3.18613168 ;ak3@Uee  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 J<DV7zV  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Wu)ATs}  
   7 CTE   0.600000E-04 xrx{8pf  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' eux_tyC  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 992;~lBu  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 b3b 4'l   
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 J#*Uf>5NY  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 bGRI^ [8#+  
   7 PLASTIC LLmgk"  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR 43rM?_72  
   8 CC     -0.98132904 Qo  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 wo2^,Y2z+  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 TI}H(XL(  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Y0B
vN`E  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 lp[3z&u  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 4,9AoK)yp  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 n? "ti  
   9 CC     -5.54999790 qGkrG38K  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 (PGmA>BT  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 W9 y8dw.  
   9 CTE   0.600000E-04 X@+:O-$  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' m6V
1m0M  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 rP ;~<IxEr  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 HY#7Ctn3  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 %9M; MK  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 qt]QO1pAd  
   9 PLASTIC vVyO}Q`  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR B0=:A  
   10 CC      0.92206943 OdQ>h$ gZ  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 7^sU/3z  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0vG}c5;F  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 OfTcF_%  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *p?b"{_a  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 7qE V5!  
   11 CC     -0.42284721 VR?
7{3  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 UEo,:zeN[  
   11 CTE   0.720000E-04 {N5g52MN  
   11 GTB U    'OKP4            ' *B}vYX  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 JmNeqpbB`w  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $Fz/&;KX!  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,b>cy&ut  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ~b\7qx_a9  
   11 PLASTIC `m<="No  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR _WK+BxH  
   12 CC    -21.87743665 '5
ky<  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `^AbFV 3  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #!#V!^ o  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 R'dF<&Kj|  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 @PwEom
`a  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 ZfT%EPoZ:  
   13 CC     -2.93101390 } Q1$v~  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 vzi=[A  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 :^%soEi  
   13 CTE   0.600000E-04 @<vDR">  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' W\.f:"2qr  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 q,nj|9
z V  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 'IfM~9'D  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;ok];4`a  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ?Tuh22J{Q  
   13 PLASTIC >qtB27jV  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR ItM?nyA  
   14 CC     16.95417460 2IjqTL  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 a]X6)6  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 N)poe2[  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 1<\cMY6  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 yWzvE:!)  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR u"T5m  
END LV8,nTYvE  
o\|dm."f  
另一种广角镜头： n
t;A7p
I`  
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。 /SMp`Q88  
8.-PQ  
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 wCmwH=
O  
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。 ?rBj{]=  
2#+@bk>^{  
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。 44%:
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t9m`K9.\  
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。 B|extWwu  
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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。