[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。 Szi4M&!K  
x[nv+n ,  
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： 6N.mSnp  
uW;Uq=UN  
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。 En6fmEn&;o  
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： aVuan&]*=  
,Z_nV+l_  
UE7P =B  
镜头文件： L3q)j\ls  
RLE e^~t52]  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH $qQ6u!  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 (#c5Q&  
APS               5 hl}#bZ8]  
UNITS MM ABhza|  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 F&lc8  
pzU">
)  
   0 AIR a,cDj  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR nS?HH6H  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 ?0[%+AD hM  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 a0)+=*$  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR c'`7p/l.  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 (/"T=`3t  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 K1:F{*  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     Bo%M-Gmu  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR +\Q6Onqr  
END O-T/H-J`  
oK5(,8 (4  
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。 ie.cTTOI  
(-dJ0!  
CORE 16 :Yz.Bfli  
DSEARCH 2 QUIET fil6w</L  
USE CURRENT 5 ALL 5jNBt>.0  
w5n>hz_5  
GOALS "6KOql3  
ELEMENTS 5 /u:Sn=SPd  
FNUM 2 1 -m'a%aog  
BACK 10 SET g1zqh,  
STOP MIDDLE 7KM!\"PM  
STOP FREE 2~J|x+  
ASPH Q 3'/wRKl  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 svo^#V~h'  
FOV .2 .4 .6 .8 1 1~7y]d?%  
DELAY OFF yAi4v[  
NGRID 6 =?*V3e3{  
SNAP 10 q6_1`Ew  
PLASTIC 5 7 9 11 13 t&r?O dc&m  
!QUICK 30 40 z%g<&Cq  
ANNEAL 50 10 Q @XIwp2A{+  
NPASS 50 9(X *[X#  
END cuKgO{.GH  
SPECIAL AANT &R^mpV5  
ACC 10 1 1 ,JZ@qmQ,  
ACA 70 1 10 .!6ufaf$  
LUL 90 .1 1 A TOTL x~{m%)I  
END IBF>4qm"  
GO ` jUn  
1}ToR=  
W\KZFrV@  
[6|8Gx:  
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。 y4?>5{`W  
O/-OW: 03  
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。 6|jE3rHw  
Xif`gb6`  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 #F{|G:\@[  
Ahwu'mgnC  
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。 Hd2_Cg FB  
XqwdJND  
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： r}5GJ|p0  
e4`KnHsL  
d*AV(g#B  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 PCIC*!{  
.-34g5  
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。 Q@j:b]Y9  
#UI`G3w<  
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。 ~,guw7F  
02+^rqIx5  
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 mcR!P~"i  
APS -9 @v'<~9vG  
CSTOP LpiLk| 2i  
WAP 2 ?nn,RBS-  
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。 "l@~WE  
(J;?eeP  
'qD9kJ`  
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。 UM]wDFn'E  
VuR BJ2D  
lGz0K5P{  
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。 Z:OO|x  
*Xo f;)Z^  
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。 axl?t|~I  
Lr~K3nb  
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） d^Wh-U
 
>*(>%E~H  
2u:
j6ic  
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。 M#p,Z F  
tv{.iM|V c  
5 6R,+sN  
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。 Rju8%FRO  
RLE #(H_w4  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 !RD,:\5V  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           vOS0E^  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' 4ca-!pI0  
MERIT   0.617523E-03 :}z%N7T  
LOG        4 /%c^ i!=f"  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 QUDVsN#  
APS              -9 1L|(:m+  
CSTOP }M9al@"  
WAP                2 xRUYJ=|oh  
UNITS MM   g}-Z]2(c#  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         D^{:UbN  
SMFW]I2T/  
   0 AIR m [g}vwS  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR ""d>f4,S  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 YPc<  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 EHHxCq?  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR z,)sS<t(  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 ,A
ii>D]  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 U!5*V9T~J  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR m5pVt4  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 U VKN#"_{  
   5 CC     15.35107422 %np#Bv-L  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 lo:~~l  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Om  
   5 CTE   0.650000E-05 m=}X$QF`^  
   5 GTB U    'AD-5503         ' \sd"iMEi  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 q@9i3*q;  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `[CJtd2\  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }hYE6~pr  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 q1Sm#_7  
   5 PLASTIC O| ]Ped9  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR gxM8IQ  
   6 CC     -1.63833609 `1@[uWl  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 [u80-x<  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 zIFL?8!H9{  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~P_kr'o  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ~PnpYd<2  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 PNgMLQI6  
   7 CC     -3.18613168 \T9UbkR  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 1,QZnF!.x  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 [r8 d+  
   7 CTE   0.600000E-04 a7\L-T+  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' 9 Zm<1Fw  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 e,&%Z  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7V (7JV<>  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 (dF;Gcw+  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 R+0"B  
   7 PLASTIC )`mF.87b&h  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR PAV2w_X~  
   8 CC     -0.98132904 r5!M;hU1j  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 (H+[^(3d2  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Vor9 ?F&w  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 X&.$/xaT  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 "n }fEVJ,  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 ~^~RltY  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 K=TW}ZO  
   9 CC     -5.54999790 Ko)T>8:  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 ddDJXk)!0  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 @^cgq3H'  
   9 CTE   0.600000E-04 o%PoSZZ  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' +A?+G  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ,7jiHF  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 NoZ4['NI\  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 E)wT+\  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 14 'x-w^~k  
   9 PLASTIC 9~'Ip7X,!  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR 5qQ(V)ah  
   10 CC      0.92206943 n UCk0:{  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `OReSg 2  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5zw23!  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |uwteG5?$s  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 n3g WMC  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 OXX(OCG>  
   11 CC     -0.42284721 j_uY8c>3\q  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 Z?v6pjZ?  
   11 CTE   0.720000E-04 e=)
*O  
   11 GTB U    'OKP4            ' n;^k
 
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 , gr&s+  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 k,iV$,[TF  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 | ,l=v`/  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Qn)[1v  
   11 PLASTIC TgE.=`"7  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR YZ:'8<  
   12 CC    -21.87743665 2a(
yR>#  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 1\J1yOL  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `)!2E6 =  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 9g5{3N3  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ySK Yqt z  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 UFAMbI  
   13 CC     -2.93101390 P}WhE  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 xVz -_z  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 2X;0z$  
   13 CTE   0.600000E-04 ]#-/i2-K  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' [(P[qEY  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 K6yFpVl  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Ta\8>\6  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 RQ)!KlY  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 2\CkX  
   13 PLASTIC q{Ta?|x#  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR bb0McEQy  
   14 CC     16.95417460 -anFt+f-  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^%8Hvy  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ))69a  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 nh&J3b}B!  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 
`_g?y)  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR >-|90CSdSJ  
END $h]Y<&('G  
C|~JPcl  
另一种广角镜头： &0 )xvZ  
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。 #b"5L2D`y'  
>7(~'#x8A"  
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 ]T3BDgu%&  
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。 )3`  
seqF84Xd<  
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。 kq}eUY]  
vLK\X$4  
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。 ?ZuD _L-i  
ND55`KT4  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。