[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。 L0UAS'hf  
zO2<Igb  
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： Z
B`!@/3X  
kC01s  
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。 56>Zqtp*  
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： b=F"  
pA4/'7nCl  
(Uv{%q.n6  
镜头文件： ) OZDq]mV  
RLE 'V4.umj1~  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH k/H<UW?Z]  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 %T}{rU~X  
APS               5 S&_ZQLiQ$  
UNITS MM qf2{Te1  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 Oq*a4_R'YV  
Vn];vN  
   0 AIR ClaYy58v  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR E4}MvV=  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 &|9mM=^  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 QdUl-(  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR *:BNLM  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 )lB-D;3[_  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 @a%,0Wn  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     %04>R'mN  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR I #1_  
END TCmWn$LeE  
nqgfAQsE)  
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。 U!3nn#!yE  
?B@hCd)  
CORE 16 MMhd-B1O&  
DSEARCH 2 QUIET #kLM=a/_NO  
USE CURRENT 5 ALL i;6\tK"!  
q/Q^\HTk  
GOALS <u4GIi <sm  
ELEMENTS 5 _32ltnBX  
FNUM 2 1 dH?pQ 
 
BACK 10 SET Rv.W~FE^  
STOP MIDDLE qpp:h_E  
STOP FREE h2=zvD;  
ASPH Q Q>TaaGc  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 {sX*SbJt  
FOV .2 .4 .6 .8 1 LwY_6[Ef  
DELAY OFF [C771~BL>  
NGRID 6 Bfi9%:eG  
SNAP 10 FuEHO6nx  
PLASTIC 5 7 9 11 13 s15f <sp  
!QUICK 30 40 KO{}+~,.6  
ANNEAL 50 10 Q =%2 E|/  
NPASS 50 Kh$L~4l  
END bpUN8BI[T  
SPECIAL AANT <6v7_  
ACC 10 1 1 !ae@g q'  
ACA 70 1 10 eRVu/TY  
LUL 90 .1 1 A TOTL *D4H;P#  
END .P=!M  
GO .~b6wi&n  
C$,S#n@  
2GZUMXK  
Aqp3amW!  
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。 u6(7#n02  
K
VQZ  
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。 >!bYuV
HA  
Ir0er~f+z  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 _`D760q}  
_fMooI)U1  
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。 ?hfosBn&[  
W_iP/xL  
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： (\WePOy&  
Ch7eUTqA@  
=#y&xWxL  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 |/p^e  
rbP.N ?YU%  
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。 %>JqwMK  
1XHGW=n  
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。 hp>me*vzr  
Nc;7KMOIA  
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 nG8]c9\Q#  
APS -9 :+-s7'!4  
CSTOP FEdyh?$  
WAP 2 d]@9kG  
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。 6fkL@It  
E)Hp.  
34P?nW(  
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。 }*BY!5  
!).D  
pD &\Z~5
T  
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。 WcqYpPv  
~Q6ufTGhpM  
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。 hwC3['  
JFZZ-t;*  
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） M rVtxzH  
F]~`57  
)IhI~,0Nmj  
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。 q@^=im  
xpSMbX{e  
lYJ]W[!  
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。 Ag?@fuk$J  
RLE LiN{^g^fx  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 ^WUF3Q**OU  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           Bj\0RmVa1  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' <k^h&1J#g  
MERIT   0.617523E-03 J6f;dF^  
LOG        4 #_Tceq5  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 uK t>6DN.  
APS              -9 D5U\~'{L  
CSTOP 2^Y1S?g
.  
WAP                2 ybB/sShGM  
UNITS MM   P'FI'2cN7  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         $TR[SMj  
#n0P'@d,r  
   0 AIR @BBqH&<`  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR 1?mQ fW@G  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 {)-%u8J\`N  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 fxyPh  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR Z*`CK^^~  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 +F`! Jt  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 Zcdt\;HKr  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR B"8^5#t4s  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 
'n.ATV,  
   5 CC     15.35107422 -3bl!9h^  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 Ag}>gbz~G  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 cMtkdIO  
   5 CTE   0.650000E-05 +[D=2&tmk  
   5 GTB U    'AD-5503         ' c\-I+lMBi  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00  "X}!j>-  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 whRc YnJ  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 y"P$:l  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 tl0_as  
   5 PLASTIC 6
g7 X1C  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR (R Ttz  
   6 CC     -1.63833609 P\w.:.2  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 iF<VbQP=X^  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 g.&&=T  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8thG-  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 iPI6 _h  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 [UFLL:_sC  
   7 CC     -3.18613168 a0y;c@pkO  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 22(0Jb\_  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 [x,_0-_  
   7 CTE   0.600000E-04 L?0dZY-"  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' y%3Yr?]  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |'1[\<MM3  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 r;}kw(ukC  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {3`9A
7bG  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 8 =J6{{E  
   7 PLASTIC pbju;h)O!|  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR !^B`7  
   8 CC     -0.98132904 2NI3&;{4  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |A}E/=HPU  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 "y>l2V,4j%  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 oIX]9~  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 }1Q]C
"hY  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000  +loD{  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 mp!6MOQ  
   9 CC     -5.54999790 S'2
B  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 K)F;^)KDHf  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 4l>/6LNMF  
   9 CTE   0.600000E-04 mu|#(u  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' (<2PhJ|  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 wnhac}  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 G^j/8e  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Vcc/  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 wrw~J  
   9 PLASTIC O_(/uLH  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR 6z!?U:bT  
   10 CC      0.92206943 B9Y "J  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 )7O4j}B){  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 vM|?;QM  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 =Tb~CT
=  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 0|P RCq  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 3
`Y  
   11 CC     -0.42284721 I
.1zD aP  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 vsHY;[  
   11 CTE   0.720000E-04 w\s$  
   11 GTB U    'OKP4            ' h7kGs^pP  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 CzST~*lH  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 RcMW%q$dG  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 B,,f$h!  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ep>S$a*|  
   11 PLASTIC |jF)~k6  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR ^|-xmUC  
   12 CC    -21.87743665 .B_)w:oF  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Tld%NE  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;40!2P8t  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 RY&Wvkjh  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ~z%K9YcyU  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 7*~
rhQ  
   13 CC     -2.93101390 TV0(uMZ0+'  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 mEr*n  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ??ah  
   13 CTE   0.600000E-04 #V*<G#B  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' C3hnX2";  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 v8Bi1,g  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 fG2\p&z  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _ B",? }  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 f-tjMa /_  
   13 PLASTIC fA2H8"r  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR {&,a)h7&  
   14 CC     16.95417460 _:?)2NV  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 2?nK71c"  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 r,!7TuBl  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 JrQ*.lJj  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 3[pA:Z+xx  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR 8L9xP'[^  
END p p9Gzn C  
sq*d?<:3  
另一种广角镜头： |wQ|h$|  
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。 Fpzps!(;=  
_t'Kj\  
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 w%GEOIj}  
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。 FzXVNUMP  
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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。 2_ <  
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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。 A d=NJhz
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4?jXbC k~x  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。