[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。 M#,+p8  
!7|9r$  
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： Sv",E@!f  
dg<fUQ  
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。 =l{KYv  
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： \}c50}#0  
< duM8  
C*zdHzMj  
镜头文件： gDIB'Y  
RLE *GnO&&m'B  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH z81!F'x;  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 }7^*%$  
APS               5 D7wWk ,B  
UNITS MM (.)s =  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 /pEkig7M  

SesO$=y  
   0 AIR {%dQ
V#'c  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR H%V[% T4=  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 6jA Q  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 S d -+a  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR CdjGYS  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 'JVvL  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 ^hJ,1{o  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     s4*,ocyBP  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR }2"k:-g  
END G3n7x?4m  
P@ u%{  
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。 Vh&KfYY  
\U8Vsx1tl  
CORE 16 3._fbAN%e  
DSEARCH 2 QUIET igCtq!.a  
USE CURRENT 5 ALL W@Wh@eSb;  
j/\XeG>  
GOALS |\ L2q/u  
ELEMENTS 5 wq#3f#3V  
FNUM 2 1  (w fZ!  
BACK 10 SET 64cmv}d_  
STOP MIDDLE K
Yaf7qy]  
STOP FREE =lnz5H  
ASPH Q f #14%?/  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1lM0pl6M  
FOV .2 .4 .6 .8 1 Uyh#g^r  
DELAY OFF sa($3`d  
NGRID 6 dE~ns ,+  
SNAP 10 u""=9>0  
PLASTIC 5 7 9 11 13 0v?,:]A0E  
!QUICK 30 40  ?auiq  
ANNEAL 50 10 Q 8jk*N  
NPASS 50 bC|~N0b  
END |SmN.*&(9  
SPECIAL AANT 82<
!b]^1  
ACC 10 1 1 ub&1L_K  
ACA 70 1 10 K.SHY!U}  
LUL 90 .1 1 A TOTL zc#`qa:0  
END kW9STN  
GO P:+:Cm<  
uQlVzN.?  
xN]bRr  
622).N4  
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 slbV[xR  
bPEAG=l"-  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 e;$
s{CNo  
- U|4`{PP  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。
ZJqmD  
w,&RHQB  
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。 G[mYx[BTz  
%k~=iDk@  
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： 3 V<8  
9/Ls3U?  
q)/4i9  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 PSE![whK  
MB)xL-jO  
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。 &1&*(oi]X  
Je'$V%{E  
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。 8`D_"3j3g\  
Z7Kc`9.0|  
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 anbr3L[!  
APS -9 q^s$4q  
CSTOP _>*"6  
WAP 2 L\UYt\ks  
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 lyyi?/W%  
`?)i/jko"  
b#b#r  
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 j<c_*^/'9  
("{'],>  
r`=d4dK-  
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 ms?
h/*E<H  
rO C~U85  
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 FY'f{gD^  
0wx`y$~R  
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） #q\C"N5ip  
vXc<#X9  
U@9n7F  
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。 6wGf47  
*ce h ]v  
1&dWt_\  
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。 }{[F+|\>,e  
RLE p%}oo#%J  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 |2mEowAd  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           JLjx4B\  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' rn(
T Z}  
MERIT   0.617523E-03 (*|hlD~  
LOG        4 k?_Miqr  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 "2 Kh2[K  
APS              -9 O:1YG$uKa  
CSTOP o/Z?/alt4  
WAP                2 smSUo/  
UNITS MM   wL:3RZB  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         !4|7U\;  
"]sr4Jg=  
   0 AIR =!Ok079{[  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR n#4Ra+dD  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 o0AREZ+I  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 $} ~:x_[  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR K(hqDif*6  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 'E6)6N  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 E}~GXG  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR ^)X^Pcx  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 0
%v p'v  
   5 CC     15.35107422 GR/ p%Y(  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 9'}m797I'  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 p 5P<3(  
   5 CTE   0.650000E-05 *vht</?J  
   5 GTB U    'AD-5503         ' "S1+mSW>  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 MwiT1sB~  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 =YI<L8@g~  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~/QzL.S;p  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |ONkRxr@!  
   5 PLASTIC |06G)r&  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR Fe8xOo6  
   6 CC     -1.63833609 A07FjT5w8  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !tN]OQ)'  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 L~~;i'J  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ]@Q14   
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 s<n5^Vxy  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 :h"Y>1P  
   7 CC     -3.18613168 L[D}pL=  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 nXXyX[c4e  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 {,,w5/k^  
   7 CTE   0.600000E-04 evq*&.6\  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' p^NYJV  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Wo\NX05-?  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 iYR8sg[' #  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 bq]af.o*  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 F?3a22Zg#  
   7 PLASTIC 8MV=?  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR D}Z].c@E  
   8 CC     -0.98132904 't2"CPZ  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 FSC74N/  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 [/6IEt3}B  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 hK?uGt d?  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Xrc0RWXB8  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 A6= Um%T  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 hK3?m.>"g  
   9 CC     -5.54999790 1:XT r  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 NJwcb=*  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Jk 0;<2j  
   9 CTE   0.600000E-04 EX=Q(}9F<  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' Z#%4QIz?  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !Hxx6/  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 yS %J$o&
 
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 U8;k6WT|  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Sm{idky)[  
   9 PLASTIC Bzw~OB{!=J  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR 6l<q  
   10 CC      0.92206943 *q\Ve)E}  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 8W9kd"=U  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^F/N-!}q  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ">j}!n 8J  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 NN>,dd3T  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 zvL;.U  
   11 CC     -0.42284721 I5 "Z  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 T32C=7  
   11 CTE   0.720000E-04 .IE2d%]?  
   11 GTB U    'OKP4            ' Lp.,:z7  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Dqs{n?@n  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 D<$,v(-  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 n>"0y^v  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 1.6yi];6  
   11 PLASTIC VE`5bD+%e  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR 7o-umZ}8  
   12 CC    -21.87743665 YAYPof~A$l  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 R%=u<O  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 qH1[BsOx  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 9LI#&\lba  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ,6uON@  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 w^6rgCl  
   13 CC     -2.93101390 HZX(kYV  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Z%E;*R2+:>  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 8M<q-sn4B  
   13 CTE   0.600000E-04 c|.~f+  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' dkVF  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 i7_Nv
 
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 B4Ko,=pg  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 JR] /\(  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 1qp<Fz[  
   13 PLASTIC aAhXHsZ|26  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR [H<![Z1*r  
   14 CC     16.95417460 >slD.rb]  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 P MV;A{T  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 SVB> 1s9F  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,@!io  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 @-qS[bV  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR 6O"?wN%$  
END va 7I_J  
+GqK$B(x7  
另一种广角镜头： :Aj8u\3!@  
在本章的第一部分中，我们观察到，超过90度的输入角需要一个定制的前端，其目的是将主射线的角度减小到一个更易于控制的值，以便光线能够通过。但如果这个领域的角度小于90度，工作就简单多了。  `S$zwot  
\]uD"Jqv#  
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 8S/SXyS  
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。 #[ZToE4  
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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。 69/aP=  
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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。 tQ~vLPi$  
9j<qi\SSI  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。