[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。 j2UiZLuV  
[a\
U8 w  
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： @E(_H$|E  
,9(=Iu-?1  
我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头，F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先，我们必须创建一个可追迹的前端。 Hcp)Q76X  
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，并指定用于广角的物体类型 OBD，并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始，比如50度，然后，使用 WorkSheet™ 滑块，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时，增加 OBD 视场角，以这种方式继续，直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分： J?yNZK$WqN  
NA%(ZRSg(  
NW/RQ(  
镜头文件： zyznFiE  
RLE Fp)+>oT  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH CaSoR |  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 :YZqrcr}  
APS               5 mSw$? >  
UNITS MM  #E[{  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 m+f?+c6  
1eg/<4]hA  
   0 AIR JGJXV
3AT  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR y>:-6)pv  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 IfGmA.O  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 %0>DjzYt  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR #HMJBQ4v#  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 >S3,_@C  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 GI&XL'K&  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     >)/,5VSE  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR U]Iypl`l  
END WUVRwJ 5  
: ryE`EhB  
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 bNUb  
UStNUNCq  
CORE 16 ?w{lC,  
DSEARCH 2 QUIET eXHk6[%[  
USE CURRENT 5 ALL DNA
Re!pK  
k`LoRqF  
GOALS EcBJ-j6d  
ELEMENTS 5 9?VyF'r=  
FNUM 2 1 t0
[H_  
BACK 10 SET &P+7U
m(  
STOP MIDDLE ;TaR1e0  
STOP FREE 8\z5*IPGs  
ASPH Q nqG9$!k^t  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 )c'5M]V  
FOV .2 .4 .6 .8 1 Pj4WWKX  
DELAY OFF QJBzv|  
NGRID 6 CM}1:o<
<N  
SNAP 10 o"O=Epg  
PLASTIC 5 7 9 11 13 ~!*xi  
!QUICK 30 40 =")}wl=s  
ANNEAL 50 10 Q 2>l =oXq  
NPASS 50 +-~:E_G  
END  E*[dc  
SPECIAL AANT `yjHLg  
ACC 10 1 1 @a AR99M  
ACA 70 1 10 A]fN~PR  
LUL 90 .1 1 A TOTL /Iwnl   
END 6mP s;I  
GO vvJ{fi  
XcoV27  
zTDB]z!A  
8|>$M  
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 m).S0  
Uu~7+oaQ  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 |}~2=r z  
V
SJGp`  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 OH`| c  
o:H^ L,<Tl  
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 cC{eu[ XW  
08J[9a0[  
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： pwg$% lv  
nz72w_  
p2]@yE7w  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 +.Pv:7gh  
+mM=`[Z`??  
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。 #
6<  X  
N=1zhI:VaQ  
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。 Lu.D,oP  
-f&16pc1t  
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 )tH.P: 1~,  
APS -9 "/ N ?$  
CSTOP gbb2!q6p  
WAP 2 4CO"> :  
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。 6OBe^/ZRt  
3j'A.S  
~r/"w'dB  
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。 gZa/?[+  
F32N e6Y6"  
RCXm</  
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。 )e#KL$B)v  
-6 WjYJx  
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。 Q5[x2 s_d  
&|/@;EA$8  
再次运行 MRG，这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑胶。设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） RJpH1XQ j  
_?j66-( Q  
7_OC&hhL  
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 f`ro{p  
``;.Oy6jS  
]><K8N3Z  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 C`G+b{o  
RLE N>R\,n|I  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 k|C~q
e3E  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           @uh^)6i]/  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' to2;. ~X  
MERIT   0.617523E-03 |PGF g0li  
LOG        4 mf~JolucJ  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 iA~LH6  
APS              -9 `,lm:x+(0  
CSTOP [ B{F(~O  
WAP                2 mLEJt,X  
UNITS MM   l#%qF Db  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         0bG[pp$[  
~]sj.>P  
   0 AIR oo+i3af&7  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR BiFU3FlTf  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 f ZEyXb  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 1c5+XCr  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR JfOBZQ  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 QN4{xf:}S  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 oI\Lepl*  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR EZ,Tc;f=  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 CP]nk0  
   5 CC     15.35107422 =3h?!$#?  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 1K*`i(  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Kw%to9eh)  
   5 CTE   0.650000E-05 *F<Ar\f
5  
   5 GTB U    'AD-5503         ' F"-u8in`
 
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 :P2{^0$  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5T*Uq>x0  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ftb .CPWI  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 v}cTS@0  
   5 PLASTIC 1>c^-"#e^  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR D(;jv="/  
   6 CC     -1.63833609 V=i/cI\  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ;\'d9C  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 k)3b0T@b  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !:]/MpQ ?  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 D'8xP %P  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 yG' 5:  
   7 CC     -3.18613168 Exb?eHO  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 rSgOQ  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ;s$,}O.  
   7 CTE   0.600000E-04 /f*QxNZ,p  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' [ML|,kq!  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ts:YJAu+F  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 qWdob>u  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 gmqL,H#  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |j2$G~B6  
   7 PLASTIC $etw'c0  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR 5!s7`w]8*0  
   8 CC     -0.98132904 g1H$wU3eu  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ;f!}vo<;  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 g`Kh&|GU  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 p!o?2Lbiw  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 gcA,u)z}R  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 I^GZ9@UE  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 I.6 qA *  
   9 CC     -5.54999790 <#
ng"1J  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Ajm  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 TpGnSD  
   9 CTE   0.600000E-04 f-BPT2U+  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' u2E}DhV  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ?mp}_x#=  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \S_o{0ZY}  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 4[lym,8C  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ;%Zu[G`C  
   9 PLASTIC iw{rns  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR [*K.9}+G_  
   10 CC      0.92206943 6n?0MMtR  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ["H2H rI2  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 xFScj0Y  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 c }7gHud  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 wBlo2WY  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 rqWD#FB=z  
   11 CC     -0.42284721 gSk0#Jt  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 X/f?=U  
   11 CTE   0.720000E-04 mhgvN-? "h  
   11 GTB U    'OKP4            ' AsfmH-4)  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 _[pbfua  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 TtWWq5X|  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 B%I<6E[D  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 B'-n ^';  
   11 PLASTIC SUb:0GUa  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR S[
e> 8  
   12 CC    -21.87743665 P r2WF~NuO  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 0TqIRUz "C  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 or`D-x)+@  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $}t;c62  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 AQGl}%k_  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 'j\~> a3\  
   13 CC     -2.93101390 ^@ Xzh:  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 > ofWHl[-  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 HE:]zH  
   13 CTE   0.600000E-04 G.~Ffk  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' >ra)4huZ  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 HP,{/ $i:  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 wz{&0-md*'  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {#,?K  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 J%IKdxa  
   13 PLASTIC KjK-#F,@  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR 3~\,VO''  
   14 CC     16.95417460 5i-VnG  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 (H;,E-
 
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {XH3zMk[  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Zg3 /,:1  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 VKcVwq  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR pwVaSnre`  
END 7;a  
Z=beki]  
另一种广角镜头： G4^6o[x  
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。 <C_FRpR<f  
1Q7]1fRu  
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 ~{ucr#]C  
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。 Prrz>  
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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。 !8|?0>3)  
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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。 6GoQJ  
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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。