[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。 HXVBb%pP  
5Wj; [2 )  
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： {8EW)4Hf  
,kp\(X[J  
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。 /_-;zL  
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： u%dKig  
Ekm7 )d$  
"4j:[9vR\  
镜头文件： wVA|!>v  
RLE
|m?vVLq  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH "%QD{z_L  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 &~f3psA  
APS               5 qG9+/u)\  
UNITS MM Pe~`16f  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 iG,t_??  
xaKst p  
   0 AIR 0-3rQ~u  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR 6ZqgY1  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 ?68uS;  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 w[Ep*-yeI  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR }98>5%Uv  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 @gBE{)Fj  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 *NSlo^R-[  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     y466A]|  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR A~{f/%8D  
END :H[\;Z1_  
<<|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。 )06iV  
9<]a!:!^  
CORE 16 lZt(
&^T  
DSEARCH 2 QUIET 6j8<Q 2  
USE CURRENT 5 ALL 6=PiVwI  
gKb0)4 AK  
GOALS C;\VO)]t  
ELEMENTS 5 zyN (4  
FNUM 2 1 lg:y|@Y''  
BACK 10 SET TL)O-  
STOP MIDDLE [~k]{[NJ  
STOP FREE vU/ D7  
ASPH Q ; a/cty0Ch  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 X`\:_|  
FOV .2 .4 .6 .8 1 4W\,y_Qo  
DELAY OFF 8!h'j  
NGRID 6 MdhT!?  
SNAP 10 ^,2c-  
PLASTIC 5 7 9 11 13 WY)^1Gb$ux  
!QUICK 30 40 N^elVu4 K  
ANNEAL 50 10 Q ~j,TVY  
NPASS 50 G\Q9IcJ0dY  
END K:qOoY  
SPECIAL AANT H]qq ~bO[  
ACC 10 1 1 {.#zHL ;  
ACA 70 1 10 T }uE0Z,  
LUL 90 .1 1 A TOTL e.6Dl_  
END (@ea|Fd#4  
GO `.k5v7!o  
v`G U09  
oG_~3Kt  
zw:/!MS  
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 hrM"Zg  
S[@6Lp3q_  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 .Y/-8H-3v  
`5"/dC  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 'rV2Bt,  
":&|[9/  
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 )Ul&1UYA  
] EyeBF)$  
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： YbvX$/zGu  
\!X?zR_  
%^^h) Wy}  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 qU6BA\ZL  
R;=6VH  
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。 8D~Dd
!~P  
k`IrZHMw
 
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。 j-P^Zv};u  
Q
}uG/HI  
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 *!u?  
APS -9 @c"yAy^t  
CSTOP gO{W#%  
WAP 2 A[Cg/ +Z  
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。 .xv^G?GG  
Nzc>)2% N  
7dhn'TW  
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。 L9'-  
.5k^f5a  
g Np-f  
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。 B=x~L  
) hPVX()O!  
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。 Hrv),Ce  
;G$)MS'nB  
再次运行 MRG，这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑胶。设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） vcD'~)G(*  
0- Yeu5A  
Gm*Uv6?H?  
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 0eaUorm)  
Oylp:_<aT  
1#kawU6[]  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 Ty iU1,oO  
RLE qSCTFJ0  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 6 cr^<]v!  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           %1@.7uTN  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' ]LY^9eK)>{  
MERIT   0.617523E-03 )muv;Rf`e5  
LOG        4 5lG|A6+w{  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 Cg?I'1]o6  
APS              -9 BfEx'C  
CSTOP t-a`.y  
WAP                2 #s/{u RYQ  
UNITS MM   <X9T-b"$h  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         )uuwwz  
KXDz'9_  
   0 AIR pIrv$^  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR "Vq@bNtu+  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 |4LQ\'N&  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 ?RqTbT@~  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR T=Ol`?5  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 =NI.d>kvC  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 xQ_:]\EZ  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR AIf[W">\  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 \_)02ZT:  
   5 CC     15.35107422 }$&);7(w  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 -!JlM@  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 sd]0Hx[  
   5 CTE   0.650000E-05 4E,hcu  
   5 GTB U    'AD-5503         ' ~m3V]v(q7  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 'G
3+2hah  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 t PAt?  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Rqt[D @;m  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 >zN" z)  
   5 PLASTIC kz3?j<  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR Pi^ECSzQu[  
   6 CC     -1.63833609 =ulr_i%Xs  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 4/ 0/#G#j  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &P{o{  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |q9,,i}!  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 {: Am9B  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 D6"~fjHh  
   7 CC     -3.18613168 `mh-pBVD1  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 6eW1<p  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 vEX|Q\b6'  
   7 CTE   0.600000E-04 R*zBnHAb!  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' xop-f#U*  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 8b8e^\l(  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -d\AiT  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \fkS_r,i  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 9;r48)5  
   7 PLASTIC QfKR pnj(o  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR `bBfNI?3d*  
   8 CC     -0.98132904 /7!_un9  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 1D3dYVE  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }D&"z8mP  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Ew)n~!s  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 7<Z~\3x  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 a 5~G  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 Y#Sd2h,^X  
   9 CC     -5.54999790 QYODmeu  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 35-DnTv  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 FkB6*dm-  
   9 CTE   0.600000E-04 mgJ]@s}9  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' ui0J}DM  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 \#IJ=+z  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Y`E{E|J  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 >llwNT  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 S|O%h}AH;  
   9 PLASTIC ySPlyhGF  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR GgZEg ?@  
   10 CC      0.92206943 D]LFX/hlH  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ~jg
N_jz  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 C.Wms}XA  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 c1Fru  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 TV$\v@\ =  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 M+;!]tbc3  
   11 CC     -0.42284721 
8k*  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 F|h,a;2  
   11 CTE   0.720000E-04 CrQA :_Z(7  
   11 GTB U    'OKP4            ' @[[Cs*-  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 6@,'m  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 r7wx?{~ 28  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Sl+jduc  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ;OT#V,}r  
   11 PLASTIC ?fqkM  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR k=d%.kg  
   12 CC    -21.87743665 eKU@>5  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Np5/lPb1  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
,_TH@0{  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _z"ci$[  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 D KMbs  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 k7Be'E BKG  
   13 CC     -2.93101390 <*~BG)b  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 (dGM;Dq8  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 zwniS6R1  
   13 CTE   0.600000E-04 S9F]!m^i  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' b'Nvx9=W  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 zei9,^ C  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 iJynR [7  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 n79DS(t
 
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 =^%Pwkz  
   13 PLASTIC }GU6Q|s[u[  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR ]Pg?(lr6)  
   14 CC     16.95417460 NIXcib"tG  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 qkR,<"C|`  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 VgC9'"|  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
07G*M ]  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *t]&b ;=gE  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR aaa#/OWQZ  
END +%cr?g  
U}C#:Xi>$  
另一种广角镜头： `'WY'\|C  
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。 g`f6gxc  
JNA}EY^2I.  
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 9rvxp;  
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。 ,h)T
(  
q.hc%s2?  
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。 }FdcbNsP  
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r"e F  
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。 aK=3`q  
1wNY}3  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。