[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。 fUWm7>6VA>  
Tx?@*Q  
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： AA& dZjz  
+VW]
%6+  
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。 n]{}C.C=  
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： B)cb}.N:  
m}'@S+k^  
@k #y-/~?  
镜头文件： ]<_!
@J6k  
RLE  p|8Fl  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH ]:#$6D"  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ?'#;Y"RT  
APS               5 J&Qy$itqg  
UNITS MM BH*]OXW\  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 3@ukkO)   
,v5>sL  
   0 AIR l3|>*szX  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR NGQIoKC  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 9C~GL,uKs  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 <:7e4#  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR tJ_@AcF  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 K~%5iVO~\  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 8=Y|B5  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     J& SuUh<  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR K:50?r_-6  
END 3K:Xxkk  
CKt~#$ I%  
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。 R#bV/7Ol  
 F%$Ws>l  
CORE 16 %LlKi5u]  
DSEARCH 2 QUIET so&3A&4cL  
USE CURRENT 5 ALL ZS>/ 5  
"m)O13x  
GOALS l+X^x%EA  
ELEMENTS 5 I,?LZ_pK  
FNUM 2 1 Y tj>U  
BACK 10 SET {cHTg04  
STOP MIDDLE l>P~M50D?{  
STOP FREE Jpnp'  
ASPH Q DYk->)   
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 iZ;jn8  
FOV .2 .4 .6 .8 1 (X'K)*G#  
DELAY OFF =,Um;hU3r  
NGRID 6 JkEQ@x  
SNAP 10 ",GC\#^v  
PLASTIC 5 7 9 11 13 ]@]"bF!Dn  
!QUICK 30 40 @,$HqJ  
ANNEAL 50 10 Q H t$%)j9  
NPASS 50 sJYX[  
END 4[j) $!l`  
SPECIAL AANT ,\RCgc  
ACC 10 1 1 ?UIb!k>
 
ACA 70 1 10  0d)n}fm  
LUL 90 .1 1 A TOTL C>-"*Lt  
END Ek\Zi#f<  
GO $jL.TraV7  
7cQw?C  
yE/I)GOQjs  
wC@U/?  
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。 KDzI
arC  
t)b>f~  
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。 }z@hx@N/  
|'(IWU  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 nW[aPQ[R  
p`C5jfI  
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。 ]z@]Fi33Y  
PSvRO%&  
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： L(YT6Vmm+t  
xk<0QYv   
s@9#hjv2  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 P=g+6-1  
$x<-PN  
现在需要进一步改进设计。运行 DSEARCH 产生的优化 MACro，镜头的性能变化很小。 {<Zqw]  
oOw"k*,h:S  
现在必须检查视场的像质。 在 PAD 中，单击PAD工具栏中的“扫描”按钮，然后观察到靠近曲面9的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中，我们必须控制它。 ttxOP   
WV5R$IqY  
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 |MGw$  
APS -9 Xp@OIn  
CSTOP #]a0 51Y  
WAP 2 Ds$;{wl#x  
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。 m{"zFD/  
06r cW `  
kSrzIq<xre  
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。 )oCF| 2qc  
O5"80z38[  
[ ff.R  
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。 pwQ."2x  
{M5IJt"{4b  
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。 r>OE[C69  
vOU-bF%u  
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） ?J AzN  
nfU}ECun4  
\qPrY.-  
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。 5VS<
I\o}  
a7R7Ks|q  
?6
gI8K6X  
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。  +yk
>jx  
RLE mE1*F'0a  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 
'>8N'*  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           `3Y+:!q  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' 0!T $Ef  
MERIT   0.617523E-03 -rBj-4|"  
LOG        4 YrX{,YtiX  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 1{qg@xlj  
APS              -9 iW)Ou?aS  
CSTOP ?UzHQr  
WAP                2 7UiU3SUcg  
UNITS MM   Wh7nli7f_  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         ]v@,>!Wn  
>{[J+f{~|  
   0 AIR &+p07  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR c s>W6  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 F~6[DqF\|  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 o<;"+@v  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR (uE_mEIsv  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 $0 )K [K  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 0&)4^->c  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR "lm3o(Dk  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 (plOV
)  
   5 CC     15.35107422 BR*U9K|W  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 oz QL2  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 J5-^@JYK  
   5 CTE   0.650000E-05 2zAS \Y  
   5 GTB U    'AD-5503         ' W#$rC<Jh]  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ;C3](  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 QCMF_;aNI  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 W NCdk$  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 >dO^pDSs  
   5 PLASTIC *Zln\Sx  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR juM?y'A  
   6 CC     -1.63833609 }5|uA/B  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 qQQ~[JL  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 mOBS[M5*  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 S; >_9  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 e |!i1e!  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 Yd9y8TqJ  
   7 CC     -3.18613168 [>f
E{~Y  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 5u8 Y
Hv  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 |1EM )zh6  
   7 CTE   0.600000E-04 n#iL[ &/Aw  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' 3j6$!89'  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00
)Fbkt(1  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |o`TRqs  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 awUIYAgJ3  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 N?aU<-T
n  
   7 PLASTIC R lv|DED$  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR )%0#XC^/X5  
   8 CC     -0.98132904 p AD@oPC  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 <7qM;)g  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 eD(#zfP/+  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :`d& |BB  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 zKR_P{W>^  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 Pp?J5HW  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 :Q89j4,  
   9 CC     -5.54999790 5 gE  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 TB9ukLG^<<  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 V`G]4}  
   9 CTE   0.600000E-04 h4]yIM`8d  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' w%kxY5q  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 <)&;9C  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0HE@L_$;2  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 E[ ,Ur`>:  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 hD"Tjd` P  
   9 PLASTIC M!,WU
[mP  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR |[0|j
/V%O  
   10 CC      0.92206943 ;s{rJG{inG  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Y.ic=<0H  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 HyB!
8M|  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 YS&3+Tp  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ~"8b\oLW  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 f"S^:F0  
   11 CC     -0.42284721 (@]{=q<  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 8uNq353  
   11 CTE   0.720000E-04 r'"H8>UZ%  
   11 GTB U    'OKP4            ' J 5~bs*a8  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 8^2Q ~{i  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 hl8[A-d(R  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 AFyf7^
^k  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 P@)zNik[  
   11 PLASTIC E`BL3+kQ  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR Go8 m  
   12 CC    -21.87743665 XK>B mq/]  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 0P
z"[  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &W*9'vSm.  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 //xxSk  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 so1%
MV  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 .z+[3Oj_E  
   13 CC     -2.93101390 bNi\+=v<Ys  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Y'wQ(6ok  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 a=Pl3Uo  
   13 CTE   0.600000E-04 ngE5$}UM  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' w!7Hl9BW  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !A qSG-  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 y\]:&)?&C^  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~0eJ6i  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *Mk5*_  
   13 PLASTIC !{jDZ?z{h  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR C0J/FFBQ^  
   14 CC     16.95417460 @uApm~}  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 n'>`2 s  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <;G.(CK@n  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 pKMy:j
 
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .*+%-%CbP  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR R^4JM,v9x`  
END N$i!25F`  
[_
q3 02  
另一种广角镜头： 3w6}%=)$8  
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。 +/E`u|%|\]  
0CX2dk"UB^  
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 7,X5]U&A<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。 2NB/&60<  
R<}UT  
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。 hj[&.w  
G&,F-|`  
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。 #l2KJ7AMK  
+es|0;Z4yP  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。