[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。 eAUcv`[#p  
^ &E}r{?  
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： U<"WK"SM  
v}@xlB=  
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。 7*j (*  
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： rqv))Zo`  
6-`|:[Q~  
j.a`N2]WE  
镜头文件： mOo`ZcTU  
RLE +[\eFj|=  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH #QCphhG  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 iu**`WjI\  
APS               5 _0+0#! J!  
UNITS MM 7\_o.(g#-  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 b[z]CP  
f)]%.>  
   0 AIR ,F&g5'  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR 5<
I   
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 [{4MR%--  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 `[o)<<}  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR :^UFiUzrE  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 %B.D^]S1:  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 Va Z!.#(P  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     f}guv~K  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR =to=8H-  
END Y`+=p@2O2o  
e\O/H<  
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。 f%5zBYCgC  
j4=(H:c~E  
CORE 16 Gm*X'[\DD  
DSEARCH 2 QUIET Y
*_)h\f  
USE CURRENT 5 ALL kq\)MQ"/X  
u3Gjg{-N7  
GOALS !4]9!
<.k  
ELEMENTS 5 {M,,npl  
FNUM 2 1 zByT$P-  
BACK 10 SET kw2T>  
STOP MIDDLE 6c0>gUQx-  
STOP FREE MX>[^
}n  
ASPH Q F~ Lx|)0M  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ~>9_(L  
FOV .2 .4 .6 .8 1 t6v/sZ{F  
DELAY OFF KfF!{g f  
NGRID 6 U%0Ty|$Y  
SNAP 10 )M2F4[vcb  
PLASTIC 5 7 9 11 13 Bc3:}+l  
!QUICK 30 40 s3Cc;#  
ANNEAL 50 10 Q ;#w3{ NB  
NPASS 50 :qC'$dO!
 
END X.`
~>`8  
SPECIAL AANT 8Lw B B  
ACC 10 1 1 /VG2.:  
ACA 70 1 10 6(PM'@i  
LUL 90 .1 1 A TOTL zbJT&@z  
END g^zs,4pPU<  
GO &^4++  
CdL< *AH  
1}~(Yj@f%  
=B.F;40  
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。 \W,I?Kx$  
A$6$,h  
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。  }-~l!  
dH
( ('u[  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 >:lnt /N3  
-*.-9B~u  
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。 4@xE8`+bG  
H#ClIh?'b  
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： kQ]$%Lk[  
n_'{^6*O  
0Won9P  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 O*#*%RL|  
6AocmR0D'  
现在需要进一步改进设计。运行 DSEARCH 产生的优化 MACro，镜头的性能变化很小。 aMTu-hA  
47J5oPT2'  
现在必须检查视场的像质。 在 PAD 中，单击PAD工具栏中的“扫描”按钮，然后观察到靠近曲面9的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中，我们必须控制它。 7`u$  
v0L\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 4*$G & TX  
APS -9 ->N8#XH2=  
CSTOP NO :a;  
WAP 2 {z|;Xi::"  
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 O$c
HZs$  
$tl\UH7%2  
3po:xMY  
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。 B5$kHM%p  
Jec'`,Y  
1@$Ko5  
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。 NFv>B>  
'F3)9&M  
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。 ~y7jCcd`  
4!KoFoZt*  
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） G z)NwD  
W6Y@U$P#G  
?Q&yEGm(  
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。 #Skv(IL  
71l%MH  
Si~vDQ7"  
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。 QPq7R  
RLE AoyX\iqQ  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 $cZUM}@  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           //aF5:Y#  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' VJS8)oI~  
MERIT   0.617523E-03 4!wR_@W^El  
LOG        4 \nP>:5E1  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 /J
u;MeE9  
APS              -9 x|vqNZ\F  
CSTOP O]m+u  
WAP                2 ()H:UvM=t  
UNITS MM   > %KuNy{  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         <'g:T
(t  
y.q(vzg\_  
   0 AIR v~Y^
r2  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR GDuMY\1  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 & j+oJasI  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 |p-t%xDdr  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR n\Lb.}]1~  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 
=xS+5(  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 Rx+p
.  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR ERN>
don2  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 +k>.Q0n%m  
   5 CC     15.35107422 aT`%;i^  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 OiP!vn}k  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 k%G1i-]4  
   5 CTE   0.650000E-05 'R:"5
d  
   5 GTB U    'AD-5503         ' NhYLtw^u  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 s@7H1)U  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 [#sz WNfU  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 nt@aYXK4|  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 9tqF8pb7v  
   5 PLASTIC _hk.2FV:3m  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR a.zpp'cEb  
   6 CC     -1.63833609 5;{H&O9Q  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 $O5UyKI  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 wLH] <k  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Zg.&V  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 E^S
H\5B  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 Pp5^@A  
   7 CC     -3.18613168 @W9x$  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Ho *AAg  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 h?azFA~  
   7 CTE   0.600000E-04 $81*^  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' 9,"L^W8"k  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 aVd,xl  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 J`^I./  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #&7}-"Nd  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 -Zz$~$  
   7 PLASTIC `kJ^zw+  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR ]:~OG
@(  
   8 CC     -0.98132904 wg]j+r@  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 t0T"@t#c  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Ez-[ )44/  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 .uk>QMs1  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 4tS.G  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 ..R-Ms)k=  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 RSfzRnhmr  
   9 CC     -5.54999790 I=NZokfS  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 [E ]E  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 |UxG$M(  
   9 CTE   0.600000E-04 G-.^O,%  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' _}En/V_  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 L~NbdaO  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $"H{4x`-  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &sL&\+=<(  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ZKckAz\#  
   9 PLASTIC ;{"+g)u  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR [YcG(^^  
   10 CC      0.92206943 |Xk4&sDrK  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00
;hjwD  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6 jn3`D  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3z&Fi;<+j  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 <fFTY130:  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 xsMBC  
   11 CC     -0.42284721 9*1,!%]  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 <>aw 1WM+  
   11 CTE   0.720000E-04 9 o&`5  
   11 GTB U    'OKP4            ' 6gs01c,BA  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 k<\$Oo
OZ  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 wGP;V
bk  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3^6 d]f  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 EG=Sl~~o  
   11 PLASTIC )(384@'"u  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR +lMX{es\O  
   12 CC    -21.87743665 _<OSqE  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 p$3sME$L  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6'Worj  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 +P`*kj-P\  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `.Qi?* ^  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 $H9%J  
   13 CC     -2.93101390 cj'}4(  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 z3;*Em8Ir  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ,~]tg77  
   13 CTE   0.600000E-04 pv Gf\pu  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' T r1?620  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 aD$v2)RR  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3 C<L  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 l.NEkAYPmH  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Us0EG\Y  
   13 PLASTIC /VN f{p  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR @dPTk"P  
   14 CC     16.95417460 sv&;Y\2c  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 -RvQB  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 >^*+iEe  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |~vI3]}fx  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 1R1z  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR 2-Ej4I~  
END esMX-.8Cx  
ei[j1F  
另一种广角镜头： zPjHsulK  
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。 O4V.11FnW  
ne_TIwfw-  
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 r'HtZo$^R  
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。 E(8* pI  
L"4mL,  
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。 g9Xu@N;bL  
,l:ORoND  
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。 ='s(|  
g|vNhq0|i  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。