[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。 ?[$=5?  
i[:S *`@S  
在这种情况下，有一个相当简单的方法可以很好地实现：首先画出一个前端，将光束转换成一个角度较小的光束，然后从那里开始，用 USE CURRENT 声明该部分。下面是一个例子： 5ryzAB O\2  
'}3m('u  
我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头，F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先，我们必须创建一个可追迹的前端。 Fq{Z-yVp  
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，并指定用于广角的物体类型 OBD，并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始，比如50度，然后，使用 WorkSheet™ 滑块，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时，增加 OBD 视场角，以这种方式继续，直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分： [x{S ,?6  
sU {'  
;z6Gk&?  
镜头文件： Wvhg:vup  
RLE u9
WQ0.  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH Qg)=4(<Hr  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 Mo+mO&B  
APS               5 KY)rkfo B  
UNITS MM b&LfL$  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 o8 A]vaa  
}yCw|B|a  
   0 AIR -IBf;"8f  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR /PP\L]
(  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 2b+0}u>a  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 'Ii%/ Ob!  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR 5:jbd:o  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 V}1D1.@  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 VS$ZR'OP0  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     /h4 ::,  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR d^"dL" Q6m  
END xy@1E;  
yOn +Y  
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 +/A`\9QT  
t6.hg3Y  
CORE 16 +39Vxe:Oy  
DSEARCH 2 QUIET B]PTe~n^  
USE CURRENT 5 ALL `={s*^Ta  
_":yUa0D  
GOALS C
djh/+!f  
ELEMENTS 5 > ,L'A;c}  
FNUM 2 1 Mr}]P(4h  
BACK 10 SET cD-.thHO  
STOP MIDDLE Luxo,Ve  
STOP FREE b P>!&s_  
ASPH Q ;T0Y=yC  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 lYlU8l5>  
FOV .2 .4 .6 .8 1 >wK ^W{  
DELAY OFF ?^z!yD\  
NGRID 6 sSLs%)e|:  
SNAP 10 h&7]Bp  
PLASTIC 5 7 9 11 13 b\zRwp  
!QUICK 30 40 (fgX!G[W  
ANNEAL 50 10 Q @`:n+r5u  
NPASS 50 KKm0@Y  
END =d/\8\4  
SPECIAL AANT Lc>9[!+#  
ACC 10 1 1 VjU;[  
ACA 70 1 10 im&E\`L7  
LUL 90 .1 1 A TOTL h+mM  
END _C9*M6IU  
GO cH>rS\|Y  
X!5  
}?,Gn]]  
W11Wv&  
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 9I>+Q&   
:$&%Pxm  
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。 qC9$xIWq  
KWU ~QAc  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 i/rdPbq  
DPvM|n`TW  
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 z\Y+5<a  
Q)\7(n  
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果：
yD iL  
G| pZ  
[>"bL$tlo*  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 F_ ~L&jHP  
;dl>  
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。 i^9PiP|U  
mj0{Nd  
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。 yp=Hxf  
^5TSo&qZ  
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 ~je#gVoUR  
APS -9 qu[ ~#  
CSTOP "J]_B  
WAP 2 BM*9d%m^  
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。 ~LPxVYhK  
'iO?M'0gE#  
8P r H"pI  
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。 Ghgx8 ]e  
Y)Y`9u<?  
O"4Q=~Y  
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。 ;crQ7}k  
W)jO 4,eO  
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。 c0]^V>}cl  
U0'>(FP~2  
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） 9l2,:EQ
*  
k"|4 LPv[  
`_sc_Y|C!  
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。 h+Km|  
LZm6\x  
zCKZv|j6  
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。 z]ZhvH7-  
RLE J&}/Xw)  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 ";38vjIV  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           G?!b00H  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' R0y={\*B5k  
MERIT   0.617523E-03 `m?%{ \  
LOG        4 IbC(/i#%`  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 WyVFhAuU  
APS              -9 Tx?,]c,(u  
CSTOP pfgFHNH:  
WAP                2 /]_T
  
UNITS MM   *@=in7*c  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         mh]'/C_*<w  
Rkm1fYf  
   0 AIR -4`Wkkhu  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR +[*VU2f t  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 ^D\1F$AjC  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 B7(~m8:eH7  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR xRYL{+  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 4k_&Q?1  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 sfi.zuG  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR 8*3o9$Pj  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 Qk<W(  
   5 CC     15.35107422 | 2BIAm]  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 PHl{pE*  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 c4ptY5R),  
   5 CTE   0.650000E-05 "l!WO`.zp=  
   5 GTB U    'AD-5503         ' 
.GUm3b  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 BJ!b LQ  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 y:(OZ%g  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 l CHaRR7  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 SA&0f&07i  
   5 PLASTIC /e :V44  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR A<l8CWv[  
   6 CC     -1.63833609 }r$&"wYM  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ~4h<nc  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !!Z#'Wq  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 l T~RH0L  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 :b)IDcW&j:  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 3Yf&F([t  
   7 CC     -3.18613168 o&P}GcEIw  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 `Bk7W]{L  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 I&~kwOP  
   7 CTE   0.600000E-04 :+{G|goZ*  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' W[BZ/  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 JP`$A  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 rF:C({y  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 
;q]Jm  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 +aaj3m  
   7 PLASTIC qp_lMz  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR B.CUk.   
   8 CC     -0.98132904 q`z/ S>  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 H-A?F^#  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0"7%*n."2  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 H,`F%G#!`q  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 n2&*5m&$  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 i^Vb42%y  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 <WFA3  
   9 CC     -5.54999790 0+MNu8t  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 k#Qav1_  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 >QO^h<.>  
   9 CTE   0.600000E-04 Jb~$Vrdy  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' :8b{|}aYV  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 /a.4atb0  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 /aS=vjs  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Klfg:q:j+b  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 l?pF
?({  
   9 PLASTIC -4ry)isYx  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR }5c%v1  
   10 CC      0.92206943 @_s`@,=  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 hhd%j6  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 hkV;(Fr&z  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 fB^h2  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 V/|).YG2  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 f%vJmpg  
   11 CC     -0.42284721 /(IV+  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 uQh dg4  
   11 CTE   0.720000E-04 Z(DCR/U=(>  
   11 GTB U    'OKP4            ' ~C[p}MED  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 6. N?=R  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 eewhT^  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 TNe
,'S,%  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 e RY2.!  
   11 PLASTIC _8t5rF  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR 9U[Gh97Sf  
   12 CC    -21.87743665 R_9&V!fl  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 rEz-\jLD~  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ]0v;;PfVl6  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6v8HR}iK  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 %Aaf86pkp  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 <Sds5 d  
   13 CC     -2.93101390
\:]  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 "Tw4'AY'P  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 (NfP2E|B  
   13 CTE   0.600000E-04 $!Z><&^/  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' 0XouHU  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 vHR-mQUs  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 fH#yJd2?f  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 =KQQS6  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 3#GZ6:rVJ  
   13 PLASTIC e7e6b-"_2  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR 5)h#NkA\J  
   14 CC     16.95417460 m$N`Xj  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 WMy97*L<  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6oTWW@  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 rJLn=|uR  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 m]H[$Q  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR ,RmXZnWY  
END y?=W  
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57}[$*)  
另一种广角镜头： )ph**g  
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。 vW6 a=j8  
]U[y3  
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 &6]+a4  
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。 8:#\g  
%v}SJEXFp  
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。 gu
t[q  
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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。 lT.Q)(  
"ijpqI  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。