[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。 sXEIC#rq  
M2ex 3
m  
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： 'lE{Nj*7  
HdtGyh6X0  
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。 !m:WoQ
/  
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： K
RlJKd{  
.S|T{DMQ[  
oy jkk  
镜头文件： ]tu OWR  
RLE w^8Q~3|7  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH Tv7W)?3h  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 5@1h^wv  
APS               5 +|bmUm<2  
UNITS MM @1'OuX^  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 l=9D!64  
=7TWzUCO#  
   0 AIR |-vyhr0  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR MF.!D;s  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 Eh;Ia6}  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 A4(L47^  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR Ht+roY  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 <-N eusx%  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 }2S!;swg+  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     -"ZNkC=
 
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR =%I[o=6  
END yx`@f8Kr  
!-T#dU  
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。 32+N?[9 *  
>CKa?N;  
CORE 16 XelFGTE  
DSEARCH 2 QUIET ynra%"sd  
USE CURRENT 5 ALL *-]k([wV  
5YPIv-  
GOALS P\WHM
(  
ELEMENTS 5 $I-iq @  
FNUM 2 1 YhglL!pC  
BACK 10 SET <5KoK!H  
STOP MIDDLE chD7^&5]  
STOP FREE a9lYX*:  
ASPH Q XdIno}pN  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 &/uakkS  
FOV .2 .4 .6 .8 1 =3hJti9[  
DELAY OFF ?~.9:93  
NGRID 6 1c"s+k]9  
SNAP 10 Bz,D4E$  
PLASTIC 5 7 9 11 13 J%ws-A?6rN  
!QUICK 30 40 Ap\]v2G  
ANNEAL 50 10 Q ~7}no}7  
NPASS 50 (*eX'^Q)d  
END .Sw4{m[g  
SPECIAL AANT k(>J?\iNW  
ACC 10 1 1 q{*[uJ}Xc"  
ACA 70 1 10 EX<1hAw  
LUL 90 .1 1 A TOTL _`QMEr?  
END J.2BB
y  
GO E.$//P n|1  
HWoMzp5="3  
}1CO>a<  
>oy%qLHe~t  
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。 $aXYtHI  
WR.7%U';  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 {3vm]  
UlN}SddI9  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 p(4Ek"  
0=`aXb-  
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 /mE:2K]C  
%E,-dw  
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： P'_ aNU  
tvzO)&)$  
FGwgSrXL7  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 0x'Fi2=`  
. VI #  
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。 z5:3.+M5  
,h3,&,  
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。 AsZyPybq  
QIN# \  
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 jAt65a  
APS -9 K1<l/ s  
CSTOP z9#jXC#OdN  
WAP 2 [MC}zd'/  
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。 U_B`SS  
rUiUv(q  
H<b4B$/  
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 1nLFtiki  
Xw^:<Nx:  
Ke&
fTK  
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 d<;XQ.Wo7  
[qt^gy)  
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 N)z] F9Kg  
}>j1j^c1='  
再次运行 MRG，这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑胶。设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） zgpPu4t  
HoM8V"8B  
VHws9)  
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 0$nJd_gW_  
KQqQ@D&n  
0$49
X  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 a-DE-V Uls  
RLE Y!s/uvRI  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 BQ&h&57K  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           1-gX=8]]  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' 2Z..~1r  
MERIT   0.617523E-03 MN)<Tr2f  
LOG        4 X}bgRzj  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ck<4_?1]  
APS              -9 }#u}{  
CSTOP +
V\NMW4d  
WAP                2 2W~2Hk=0+%  
UNITS MM   aH$*Ue@Q  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         g-(xuR^*  
!!K=v7M  
   0 AIR "ChBcxvxb:  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR ? 8!N{NV  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 x[oYN9O  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800  y.eBFf  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR B'0Il"g'  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 n2O7n@8  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 E
m.?  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR cE]kI,Fw,M  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017  3i$AR  
   5 CC     15.35107422 p9sxA|O=y  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 <*5D0q#~"  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 )*JTxMQ  
   5 CTE   0.650000E-05 \)"qN^we  
   5 GTB U    'AD-5503         ' 1!NaOfP;@  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 BR%:`uiQ<  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ]V]o%onW  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 G`W+m*[U+M  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 1-[{4{R  
   5 PLASTIC &]c9}Ic  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR ?3, *  
   6 CC     -1.63833609 4'8.f5  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Y\x Xo?  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^~I  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 J)[(4R>  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 tr}$82Po  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 *ZEs5`x  
   7 CC     -3.18613168 5m3sjcp_  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 6a!X`%N=  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 d16PY_  
   7 CTE   0.600000E-04 Te/)[I'Tn  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' %qv7;E2C  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 0nd<6S+fs  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 U\z+{]<<  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 n(+:l'#H
J  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ZtT`_G&  
   7 PLASTIC rY
qvG  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR Y#5S;?bR  
   8 CC     -0.98132904 1FX-#Y`e  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 <Jk|Bmw;  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _B[(/wY  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #75;%a8  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 334*nQ  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 h 2zCX  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 ,O+7nByi[V  
   9 CC     -5.54999790 btE+.V  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 PrcM'Q  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Pg36'aTe%j  
   9 CTE   0.600000E-04 nNKL{Hp  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' 4c yv 8  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00  Ui.F<,E  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 VQ;=-95P  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \CGcP  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 '$VR_N\  
   9 PLASTIC ^pP 14y*go  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR {%Y7]*D  
   10 CC      0.92206943 V_QVLW  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 m~K]|]iqQ  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;FBc^*q  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2P}RZvUd  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 gr=`_k4~1  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 )em.KbsPPF  
   11 CC     -0.42284721 Y(f-e,  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 wMoAvA_oS  
   11 CTE   0.720000E-04 KPhqD5, (  
   11 GTB U    'OKP4            ' qr9F  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `dZ|}4[1  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $%-?S]6)  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :Mk}Suf&H  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 -Me\nu8(RF  
   11 PLASTIC p3o?_ !Z  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR ._Xtb,p{  
   12 CC    -21.87743665 wW4S@m  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 qu%s 7+  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ?+\,a+46P_  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 A@OV!DJe]  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Ul Iw&U  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 De_</1Au!2  
   13 CC     -2.93101390 [)A#9L~s=  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 ~aG-^BAS  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 O|~'-^  
   13 CTE   0.600000E-04 $EIkk= z  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' wrU[#g,uvr  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00
vp@+wh]#  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ]Yex#K   
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 jxaoQeac  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 h'p0V@!N  
   13 PLASTIC MVdx5,t  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR #Au&2_O  
   14 CC     16.95417460 N3<Jh  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 d ] ;pG(  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ay4xOwcR  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 f,>i%.  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ?xZmm%JF  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR sBnPS[Oo  
END G65N:  
Gu).*cU  
另一种广角镜头： s_!Z+D$K  
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。 'wrpW#  
{6sfa?1j  
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 ,IE0+!I  
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。 9K<a}QJP  
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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。 Zd ,=  
J *?_SnZ  
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。 &NeYKh?  
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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。