[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。 ,V,mz?d^9  
hhaiHi!$  
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： ,2$<Pt;  
LUD.  
我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头，F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先，我们必须创建一个可追迹的前端。 "\EX)u9ze  
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，并指定用于广角的物体类型 OBD，并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始，比如50度，然后，使用 WorkSheet™ 滑块，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时，增加 OBD 视场角，以这种方式继续，直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分： cy.r/Z}  
s>o#Ob@4'  
y@l&B+2ks  
镜头文件： 0Qa0  
RLE BeLD`4K  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH JD#q6&|  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 )XN%pn  
APS               5 ;iuwIdo6c  
UNITS MM =_#b .8K  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 p
p"#pl  
is8i_FoD,n  
   0 AIR UgAp9$=z  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR Qwpni^D8j  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 exJc[G&t(  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 uX1;  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR FShjUl>m
V  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 =xm7i#1  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 ~g/"p`2-N  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     QO}~"lMj  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR ldUZ\z(*  
END Mu>
  
{WV"]O8IV  
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。 $6mShp9(  
+]cf/_8+s  
CORE 16 \ji\r]k  
DSEARCH 2 QUIET pFS@yHs  
USE CURRENT 5 ALL 7*uN[g#p  
)nO ^Ay  
GOALS ;Va(l$zD  
ELEMENTS 5 pFY*Y>6ar  
FNUM 2 1 ]0*aE  
BACK 10 SET syBpF:`-W  
STOP MIDDLE C33Jzn's  
STOP FREE Uap0O2n  
ASPH Q ?@4Mt2Z\  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 L" ejA  
FOV .2 .4 .6 .8 1 XiTi3vCe  
DELAY OFF zN!W_2W*  
NGRID 6 e-y$&[  
SNAP 10 `.J)Z=o  
PLASTIC 5 7 9 11 13 g7]S  
!QUICK 30 40 ru 6`Z+p  
ANNEAL 50 10 Q IrL7%?  
NPASS 50 +@?Q"B5u}  
END 8%CznAO"?W  
SPECIAL AANT *fc8M(]&d  
ACC 10 1 1 aeUgr!  
ACA 70 1 10 QD,m`7(  
LUL 90 .1 1 A TOTL KsOSPQDGE  
END [T r7SU#x  
GO x
F!IT"5D  
?\,;KNQr  
zK~8@{l}_"  
:ir#7/  
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。 `3\U9ZH23  
qY8; k #  
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。 }PK4 KRn  
{mD0ug  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 A^,ul>!  
3g!Z[SZ  
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。 )8oyo~4?  
0bh 6ay4  
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： C&Q[[k"kb  
kEq~M10  
Q.$8>)  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 0x~+=GUN  
[!%5(Ro_  
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。 /E<Q_/'Z  

ThX3@o
  
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。 xBxiBhqzF  
E|;>!MMA;  
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 Jf2JGTcm  
APS -9 X[?fU&  
CSTOP NE#`ZUr3  
WAP 2 uq]=L  
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。 k:?)0Uh%^  
t8RtJ2;  
!QVhP+l'H  
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。 EgG3XhfS  
$MDmY4\  
;v]C8}L^  
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 Os[z>H?  
3_wR2AU~  
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 3L==p`   
2gK]w$H7!  
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） .^A4w;jPU  
&V axv$v}  
r[ k  
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$6mrL  
yH:p*|%:  
-,*m\Fe}  
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。 FP&Ykx~  
RLE a\m=E#G  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 nnhI]#,a{  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           ABoB=0.l  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' GTbV5{Ss  
MERIT   0.617523E-03 U= GJuixy  
LOG        4 umuj>  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ~h<T0Zc  
APS              -9 Il\{m?Y  
CSTOP \'g7oV;>cI  
WAP                2 -}xK> ["  
UNITS MM   zytW3sTZA  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         ]Z UE !  
u)EtEl7Wq  
   0 AIR 1Bs t|  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR ghW`xm87  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 xH28\]F5n  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 ,]JIp~=nsh  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR ])qnPoQ<n  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 <~ay4JY  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 eI`%J3BxR  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR Vq#0MY)2gS  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 d\Up6F  
   5 CC     15.35107422 *>aVU'  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 Cs"ivET  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 J s33S)  
   5 CTE   0.650000E-05 '%e@7Cs  
   5 GTB U    'AD-5503         ' PY4">~6\i  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 9:%')M&Q  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 jEx8G3EL  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Z
! /_H($  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #Q_Scxf  
   5 PLASTIC u*\QVOF  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR +#>nOn(B  
   6 CC     -1.63833609 !}mM"|<  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Xeja\5zB  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {LKW%G7  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 9;*B*S~znW  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 TRgj`FG  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 Z *tHZ7b  
   7 CC     -3.18613168 &sn-;r  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 X/%!p<}:'  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Vt
N@B*  
   7 CTE   0.600000E-04 2b\h@VJt  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' H
Ydt3GtJ?  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 k;Qm%B  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 "kc%d'c(  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8rBa}v9  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Tsu\4 cL]  
   7 PLASTIC ;\13x][  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR
'T
|QG@q  
   8 CC     -0.98132904 OS(Ua  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 +sZY0(|K8  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 /55 3v;l<  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 (3x2^M8  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 @Z""|H"0  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 !*qQ7  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 /viBJ`-O  
   9 CC     -5.54999790 lUnC+w#[  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 UBnHtsM  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 %,8 "cM`D  
   9 CTE   0.600000E-04 T-s[na(/L  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' )ARV>(  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Q'e[
(^8  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 %t.\J:WN;  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $Vs5d=
B  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 CC`#2j  
   9 PLASTIC 
(A_H[xP  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR XGnC8Be{4  
   10 CC      0.92206943 5}9rp
N{y  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 C?g*c
  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 9-=kVmT&g  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }vF=XA  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 \Z/0i|  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 ]K5j(1EN  
   11 CC     -0.42284721 ,0,& L  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 /T&+vzCF  
   11 CTE   0.720000E-04 )q{e L$  
   11 GTB U    'OKP4            ' \rbvlO?}  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 )Y1+F,C  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 cR6#$-a  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 bHs},i6  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 'A/{7*,  
   11 PLASTIC m0U
k*~Gz  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR XPi5E"  
   12 CC    -21.87743665 ?,Wm|x
Y  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 riglEA[^  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 I'R|B\  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 srU*1jD)  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 :7qJ[k{g  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 y<8o!=Tb5  
   13 CC     -2.93101390 j{%'A  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 .X4UDZQg  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 /-ewCCzZV  
   13 CTE   0.600000E-04 b~rlh=(o#_  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' Zr!CT5C5  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 >lK:~~1  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 d^aLue>g;+  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 LtDGu})1  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .uo:fxbd2  
   13 PLASTIC Eds{-x|10  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR 4':U rJ+  
   14 CC     16.95417460 PrEfJ?  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 m&6I@S2  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 +oa>k 0  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }~NWOJ3;  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 RjHK
FB2  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR z 2Ao6*%  
END % ELf7~  
8&y3oxA,  
另一种广角镜头： M|'![]-  
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。 ;u?H#\J,  
0\Myhh~DLE  
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 cD4H@!=a  
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。 l:"zYcp%  
')v<MqBr  
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。 mr#XN&e  
a)M#O\i`  
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。 JiHk`e`  
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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。