[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。 /8!s C D  
om3$=  
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： +rEqE/QF  
En@] xvE  
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。 <^:e)W  
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： Z2z"K<Z W  
$'$#Xn,hU  
k~|nU  
镜头文件： _n9+
(X3  
RLE P3[+c4  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH ;K[ G]8  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 KM$5Zb
CF:  
APS               5 rE?(_LI  
UNITS MM eF5?4??  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 nnBgTtsC]  
]7WBoC8  
   0 AIR 8+^?<FKa  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR r,p6J7/lfS  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 gcImk0NIY  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 w)bLdQ  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR K`.wj8zGY  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 x<)%Gs}tb  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 JyPsRpi\  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     `?{Hs+4P5  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR Sz0M8fYT]  
END mT
N6-V  
w, 0tY=h6  
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 ]+\@_1<ZI  
JL~QE-pvD  
CORE 16 YxMOr\B  
DSEARCH 2 QUIET Peha{]U  
USE CURRENT 5 ALL ?p{xt$<p  
L2ePWctq}  
GOALS j=v1:E  
ELEMENTS 5 5,:tjn  
FNUM 2 1 zUn> )#ZC  
BACK 10 SET # k+Ggw  
STOP MIDDLE $[VeZ-  
STOP FREE 9kPwUAw  
ASPH Q Z<a6U 3  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 o{*8l#x8  
FOV .2 .4 .6 .8 1 H~
-zq}4  
DELAY OFF od>DSn3T  
NGRID 6 )Q 8T`Tly  
SNAP 10 ^RkHdA  
PLASTIC 5 7 9 11 13 ]Jj\**  
!QUICK 30 40 R7us9qM4e  
ANNEAL 50 10 Q Cna@3)_  
NPASS 50 S~
vbISl  
END "s$v?voo  
SPECIAL AANT w<_.T#  
ACC 10 1 1 VVuL+i  
ACA 70 1 10 5YIiO7@4  
LUL 90 .1 1 A TOTL zypZ3g{vz  
END <[xxCW(2  
GO uR"srn;^  
`>RJ*_aKEI  
.<v0y"amJ  
|0(Z)s,  
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。 JJ56d)37.  
8?W!U*0aS  
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。 9\*xK%T+  
wgSA6mQZ  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 pTZPOv#?Q  

,[+  
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。 zQxZR}'  
P,!W\N%3  
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： o_U=]mEDY  
MoA2Cp;8X  
D_O%[u
}  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 kgK7 T  
]M{SM`Ya  
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。 3a#637%  
EA75 D&>I  
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。 ;^:~xJFx|  
'q1)W'  
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 AEK* w4  
APS -9 H's67E/>*  
CSTOP G5zZf~r  
WAP 2 OM]p"Jd  
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。 =(*Eh=Pw  
IGql^,b  
>U"f1q*$  
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。 -9-%_=6  
jL8&  
.)})8csl.d  
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。 H1|X0a(j  
sx8mb
a(  
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。 (Tn*;Xjq  
Du$kDCU  
再次运行 MRG，这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑胶。设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） gU>Y  
]G&?e9OA  
=DE5Wq19  
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 Sijwh1j*V  
tK{`?NS  
jY>KF'y  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 3X0^xUA6  
RLE -K}@Gp  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 HJBUN1n  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           8XX,(k_b  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' 3KB)\nF#%  
MERIT   0.617523E-03 kp<9o!?)  
LOG        4 nImRU.;P  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 .eZ4?|at.F  
APS              -9 I"sKlMD  
CSTOP }E8 Y,;fTD  
WAP                2 rVQ:7\=Z  
UNITS MM   2c0eh-Gf  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         ,PRM(n-  
^fnRzX  
   0 AIR ~DqNA%Mb  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR X~GZI*P  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 yKZ~ ^  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 F1Egcx/$V  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR j(nPWEyJM  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000  +tfmBZl^  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 ?{_dW
=AQ1  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR \jq1F9,  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 -Rjn<bTIy  
   5 CC     15.35107422 zRvYN  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 e"^1- U\  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 9IMRWtZWT  
   5 CTE   0.650000E-05 UfcM2OmbK  
   5 GTB U    'AD-5503         ' Duptles  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 IA8kq =W  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ODv)-J  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 k qwS/s  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Y;&Cmi  
   5 PLASTIC qf
24l&}  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR /^/'9}7  
   6 CC     -1.63833609 8l!S<RA  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 '|Q=J)  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |C>Yd*E,C  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6_zL#7E'  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 1grrb&K  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 Wt8;S$!=R  
   7 CC     -3.18613168 .V/TVz!b  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 [>"qOFCr#:  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 xu+wi>Y^  
   7 CTE   0.600000E-04 Ih,~h[  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' Yl-09)7s  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ;'gzRC  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 fVf.u'
.8  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !EpP-bq'*  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 C?hw$^w7T  
   7 PLASTIC Z8'uZ#=Yw  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR o`RTvGXk  
   8 CC     -0.98132904 dC,F?^  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |
_O; U=2  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 1q\U (^  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 83T
N6gW  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  KsUsj3J  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 >xP
 $A{  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 7z%zXDe~T[  
   9 CC     -5.54999790 u{>5  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 lfj>]om$  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 -QZped;?*  
   9 CTE   0.600000E-04 IK%j+UB  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' O^:Rm=,$  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 H,H'bd/  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 4|++0=#D$  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8swj'SjX  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 L
}:u9$w  
   9 PLASTIC
kv(N/G  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR _|6{(  
   10 CC      0.92206943  d(v )SS  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 [IV8  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 )}u.b-Nt.  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 '{OZ[$E  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 m! p'nP  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 Sl 6}5  
   11 CC     -0.42284721 W"wP%  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 Xv:<sX  
   11 CTE   0.720000E-04 y!aq}YS  
   11 GTB U    'OKP4            ' r."D
c  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 i 3?zYaT  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0Y!Bb2m  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <[a9"G7  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 >Y{.)QS  
   11 PLASTIC =cRJtn  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR \>I&UFfH)4  
   12 CC    -21.87743665 #Va@4<4r  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Gm>8= =c  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 b(~NqV!i  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0c:CA>F  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 U 2\{(y  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 KgKV(q=  
   13 CC     -2.93101390 [#2= w  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 zo]7#  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 6dg[  
   13 CTE   0.600000E-04 L:B&`,E  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' "=/XIM.  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 wetkmd  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 t0?BU~f  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 L'['7  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 0n3O;=[aV  
   13 PLASTIC $9ON3>  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR n|^-qy'w  
   14 CC     16.95417460 .GS|H d  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 e1+ %c9UQ  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 JQbI^ef_;  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 M)3h 4yQ  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 TWxMexiW  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR Wxp^*._q3I  
END <cWo]T`X!  
dd$\Q  
另一种广角镜头： O gycP4z[  
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。 #Q|$&b  
(>)Y0ki}  
点击打开 C45M2，我们使用 DSEARCH 本身，没有添加前端，并指定广角校正参数(WAC)为50度，此镜头的最大视场角为86度而不是92.4度 78NAcP~6c  
本例中，搜索统计显示，待分析的128例中，共有59例由于光线追迹失败而跳过。如果在不带WAC参数的情况下运行这个宏，程序将跳过128种情况中的125种。不要跳过用例总是一个好主意，因为有希望的配置可能会被错过。当你用 DSEARCH 搜索最佳镜头设计时，WAC参数是你可以尝试的另一个参数。 S liF$}J  
GU"MuW`u2  
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。 v8wN2[fC  
%*r Pd>*  
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。 eH1Y!&`  
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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。