[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。 wfmM`4Y   
H&)}Z6C"  
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： \#_ymM0  
P0n1I7|  
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。 9 %T??-  
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： Dw%'u'HG  
by/H:
5}7  
CF '&Yo  
镜头文件： P]43FPb  
RLE hO=L|BJ?I  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH G#n 4g:K  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 VVas>/0qr  
APS               5 SO$Af!S:bB  
UNITS MM <+QQiFj  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 0<uek  
^m|@pp  
   0 AIR
;Bs~E  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR >rCD5#DG  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 fST.p|b7  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 m4mE7Wn.3  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR 0[MYQl`  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 "b} mVrFh  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 [eX]x  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     (~GQncqa  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR uuC [
"Z  
END tVAi0`DV  
 w4U,7%V  
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。 AW]\n;f  
D'g,<-ahl  
CORE 16 7~Y\qJ4b  
DSEARCH 2 QUIET .XJ'2yKof  
USE CURRENT 5 ALL H7zN|NdNw  
{&=+lr_h?  
GOALS V`Cyx^P  
ELEMENTS 5 Q^(CqQo!<  
FNUM 2 1 8xPt1Sotq[  
BACK 10 SET ]r Uj<[O  
STOP MIDDLE 2J7|y\N,  
STOP FREE 6"Uu;Q  
ASPH Q t'n@yX_  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 vK',!1]y  
FOV .2 .4 .6 .8 1 K*/oWYM]  
DELAY OFF FK _ ZE>  
NGRID 6 x4MmBVqp  
SNAP 10 }[AaI #  
PLASTIC 5 7 9 11 13 XF!L.'zH  
!QUICK 30 40  /8x';hQ  
ANNEAL 50 10 Q 2XP }:e  
NPASS 50 g#5R||r  
END 4p
:d#,?r  
SPECIAL AANT "q=Cye  
ACC 10 1 1 $n\Pw  
ACA 70 1 10 J(7#yg%5  
LUL 90 .1 1 A TOTL `i.BB jx`  
END i,6OMB $  
GO $}9jv3>)  
GX>8B:]o|  
nK>CPqB^(  
yHeL&H  
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。 /ZvP.VW&  
mTZ/C#ir(  
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。 Qg4D*r\|@  
.shi?aWm  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 GG%b"d-  
J"`V
A_[  
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。 Q:A#4Z  
y]db]pP5  
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： k@4N7}  
F>fCp  
4MgN
  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 dY8 H2;  
aI=p_+.h  
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。 uNyU]@R<W  
;ku
>_sG-  
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。 \<7Bx[/D4  
-SsgW  
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 nWd!ovd  
APS -9 1j?P$%p  
CSTOP 7^eyO&4z  
WAP 2 UG2+Y']  
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。 $qNF /rF  
.9J^\%JD  

wWl?c  
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。 !0;AFv
`\  
8E%
LhA.  
PCT&d)}  
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。 mskG2mA  
4Mt3<W5  
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。 "N+4TfXy  
;hT3N UCA  
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） DyC*nE;  
K9N31'  
iOiFkka  
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。 \BHZRytQF  
H:.~! r  
d{fd5jv;  
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。 hK?GIbRZ  
RLE <*5S7)]BP  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 :8yebOs   
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           ZF7n]LgSc&  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' F_@B ` ,  
MERIT   0.617523E-03 x
6cG'3&T  
LOG        4 )1At/
mr  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 FGVw=G{r  
APS              -9 $}/tlA&e  
CSTOP t0e6iof^o  
WAP                2 [N
,+mX  
UNITS MM   P^te
 
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         8a6.77c  
=%U&$d|@G  
   0 AIR vu( 5s  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR @qNY"c%H
V  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 Q>5f@aN  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 DOWWG!mx  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR ^Gk)aX  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 ct\msG }b:  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 _hY6NMw  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR sc*R:"  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 %bw+>:Tr  
   5 CC     15.35107422 uH\EV`@'  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 [8'?G5/n  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 wR_mJMk_  
   5 CTE   0.650000E-05 ,7V?Kj  
   5 GTB U    'AD-5503         ' {IOc'W-C#2  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 B EwaQvQ!  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Ou
[`)|>  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 S(.J  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 >/-H!jUF]  
   5 PLASTIC xd{.\!q.  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR ,$`}Rf<  
   6 CC     -1.63833609 ^_#wo
"  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 X3sAy(q  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 j \rGU){  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 (1x8DVXNN  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 lITd{E,+r  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 6aB]&WO1@  
   7 CC     -3.18613168 //NV_^$y  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 ^:/c<(DQD  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 d'(n/9K  
   7 CTE   0.600000E-04 )2c]Z|  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' YT-ua{.^  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00  3?D, Wu  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 +E. D:  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 =mLp g4  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 &en2t=a  
   7 PLASTIC >r`O@`^U  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR ]#NfH-T  
   8 CC     -0.98132904 zWo  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 IhzY7U)}T  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
QyCrz{/  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |ufT)+:  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .4]XR/I$  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 #_^p~:  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 <yl@!-'J7  
   9 CC     -5.54999790 YnnK]N;\x  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 E 14DZ  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 L:C/PnIV  
   9 CTE   0.600000E-04 m?wQk:Y1  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' v8F{qT50  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 &n,v@ gt  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 wdj?T`4  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 yl?LXc[)  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 -W6@[
5c  
   9 PLASTIC %UdE2D'bC  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR Mxw-f4j  
   10 CC      0.92206943 +6>2= ,?Z  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 'bRf>=  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Le
a4-Gc  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 @5&57R3>  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 <Z t]V`-  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 Tp@Yn  
   11 CC     -0.42284721 X"3p/!W.4  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 )'jGf;du  
   11 CTE   0.720000E-04 cFie;k  
   11 GTB U    'OKP4            ' ;Qy Ew5  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 xY)eU;*  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 H,<CR9@(5d  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7kD?xHpe  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 )0I-N)  
   11 PLASTIC #&uajo  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR E`LaO  
   12 CC    -21.87743665 t ^>07#z  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `hY%HzV
=  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 EO(l?Fgw]$  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 fFVQu\  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 N6kMl  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 O.#Rr/+)  
   13 CC     -2.93101390 RPMz&/k  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 qPi $kecx  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 bi-Am/9  
   13 CTE   0.600000E-04 m.6uLaD"!}  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' $Vp&7OC]  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 OWz{WV.  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 i:N-Q)<Q*)  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,h%n5R$:  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 OWfB8*4@  
   13 PLASTIC sMAH;'`!Eu  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR x!85P\sm  
   14 CC     16.95417460 f dJg7r*  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 P{s1NorKDh  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 (j:[<U
  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 k^JgCC+  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `6Q+N=k~Z  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR
ku57<kb  
END =|O]X|y-lZ  
)jwovS?V  
另一种广角镜头： #WUN=u  
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。 LkafB2y  
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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 W7s  
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。 k,OxGG  
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4u  
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。 ~6u|@pnI  
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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。 x`p908S^  
&H,UWtU+  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。