[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。 EP;/[O  
QFyL2Xes/  
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： ~}/Dl#9R!  
Pf?kNJ*Tv)  
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-MPFL  
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： cPGlT"  
+8=$-E=  
%B3~t>  
镜头文件： 85{m+1O~  
RLE B*7kX&Uq  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH X>%nzY]m  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 prBLNZp  
APS               5 l?Y^3x}j  
UNITS MM J( }2Ua_  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 ]-PzN'5\'  
Rd?}<L  
   0 AIR Z5{a7U4z_  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR 2pS<;k`  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 OI R5QH  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 @nxo Bc !P  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR ijI/z5  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 -DDA b(2*  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 bP,<^zA|X  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     mp|pz%U  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR kH!Z|Ps?R  
END Pg4&}bX:I  
+bjy#=  
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 fS]&?$q  
Urj*V0^  
CORE 16 =O/Bte.  
DSEARCH 2 QUIET a(Y'C`x
 
USE CURRENT 5 ALL ~/:vr  
:-&|QVH  
GOALS wZrFu(_  
ELEMENTS 5 XLpP*VH3  
FNUM 2 1 wI#8|,]"z  
BACK 10 SET D+8d^-:  
STOP MIDDLE SpH|<L3  
STOP FREE tz1@s nes  
ASPH Q fBO/0uW  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 P{L=u74b{x  
FOV .2 .4 .6 .8 1 tobE3Od4  
DELAY OFF ia6 jiW x  
NGRID 6  Xo^8o0xi  
SNAP 10 +^I0>\  
PLASTIC 5 7 9 11 13 6K2e]r  
!QUICK 30 40 p_r`"  
ANNEAL 50 10 Q 
CB7dr&>  
NPASS 50 k(Yz
2  
END 5Z=4%P*I  
SPECIAL AANT nx9PNl@?V  
ACC 10 1 1 :\TMm>%q  
ACA 70 1 10 Xj?Wvt  
LUL 90 .1 1 A TOTL # @\3{;{R  
END s"(RdJ-,  
GO #ydold{F  
7KT*p&xm  
~z[`G#dU  
OY*y<>  
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。
;i{B,!#  
H7O~So*N5  
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。 PjQl(v&O  
i4C{3J^  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 AbU`wr/h 4  
Iil2R}1  
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。 Xz]l#w4Pp  
Jcw^
Z,  
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： egmUUuO  
W5jwD  
 /SvhOi  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 |T#cq!  
F)P:lvp<r  
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。 /%$Zm^8c  
= XZU9df  
现在必须检查视场的像质。 在 PAD 中，单击PAD工具栏中的“扫描”按钮，然后观察到靠近曲面9的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中，我们必须控制它。 gl
AS$
<  
[i.@q}c~E  
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 Po>6I0y
  
APS -9 S)CsH1Q  
CSTOP "+
DA)K  
WAP 2 B=Hd:P|  
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。 h*%p%t<  
/E>;O47a  
cIug~ x>  
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。 5-dt0I@<  
=dm9+ff  
"$BkO[IS  
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。 ,@Csa#  
o:8ns m  
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。 8 Ku9;VEk  
!~^2Mu(X  
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） cGot0' mB  
z/Lb1ND8  
e\)%<G5  
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。 Aez2n(yac  
[*%lm9 x  

v]JET9hY  
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。 >^8O:.  
RLE Rsx6vF8]5  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 mF gqM:  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           r*HSi.'21  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' ueg%yvO
 
MERIT   0.617523E-03 =i~ = |K!  
LOG        4 -J
]?M  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 W83d$
4\d  
APS              -9 4DIU7#GG  
CSTOP HoBx0N9\2  
WAP                2 Q}#4Qz~n  
UNITS MM   tbQY&TO1  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         GEPWb[Oa  
[_N1 .}e  
   0 AIR s$y_(oU,D  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR sBlq)h;G?6  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 Fd8nR9A  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 {[uhIJD3g6  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR Uahh|>s  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 >A
)Sl'  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 \^1^|a"  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR zkt~[-jm}  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 \ZnA%hC  
   5 CC     15.35107422 51:5rN(_  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576
HSud$(w  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 O!PGZuF  
   5 CTE   0.650000E-05 ;apLMMsWC  
   5 GTB U    'AD-5503         ' s.(.OXD&  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 f}dlQkZ(  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
[w](x  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ( w4XqVT  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 <B%wq>4S  
   5 PLASTIC \]Y<d  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR II^Rp],>  
   6 CC     -1.63833609 uNewWtUb(  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 4#t'1tzu#  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 @Z0. }}Y  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Wv>`x?W  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 I/'>MDB!  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 +s}!+I8P  
   7 CC     -3.18613168 {F_>cyR  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 $7X;FmlG&  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 /5%'q~  
   7 CTE   0.600000E-04 '4
{@F~fu  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' /{({f?k<\/  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Q3=X#FQ  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 NO/$}vw  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 C,,T7(: k  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ?Gf'G{^}  
   7 PLASTIC :qS~"@?<  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR bLTX_ R  
   8 CC     -0.98132904 +:m)BLA4l  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00  H#F"n"~$  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 "P.sKhuo  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *7*_QW%?A  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 E.yFCaL  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 tL&_@PD)3  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 U>IsmF>m  
   9 CC     -5.54999790 #WA7}tHb  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 0gyvRM@ x[  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ,!SbH  
   9 CTE   0.600000E-04 kFJ]F |^7  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' ;E}&{w/My  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 n2aUj(Zs=  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0r@LA|P  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 D_\HX9  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 depCq
z@  
   9 PLASTIC JAW7Y:XB  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR jKP75j
m  
   10 CC      0.92206943 MPp:EH  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 d*!H&1L  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 bil>;&h  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 (3,7  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 [)IaXa  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 ;J?fK69%  
   11 CC     -0.42284721 +vFqHfmP  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 NgGpLdaC2v  
   11 CTE   0.720000E-04 kPEU}Kv  
   11 GTB U    'OKP4            ' aSm</@tO&  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 i(u zb<  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 C#&b`  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 hAi'|;g  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ,0L< w
a  
   11 PLASTIC .>`7d=KT  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR O[ans_8  
   12 CC    -21.87743665 PC=s:`Y}R  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 s5b<KQ.  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
acpc[^'  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 B_r:daCS:  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^[HX#JJ~  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 wMH13i3  
   13 CC     -2.93101390 k \t6b1.M  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Yv*i69"  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 gi A(VUwI>  
   13 CTE   0.600000E-04 Xp^>SSt:4  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' )sEAPIka  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 (ds*$]  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 XF4NRs  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7")&njQ/x  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 i;)r|L`V?  
   13 PLASTIC Qe<c@i"  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR 7 dG_E]&  
   14 CC     16.95417460 BD ,3JDqT  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Z${@;lgP  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 KbRKPA`  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ht)KS9Xu  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ]o8~b-  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR 87V
XVI  
END <>1*1%m  
* 8D(Lp1  
另一种广角镜头： P[cGCmM  
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。 T/7[hj  
[h :FJ  
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 )ULxB'Dm  
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。 )\0c
2_w>  
VM ny>g&3  
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。 `=foB-(zt  
"_&HM4%!  
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。 Sytx9`G 5  
j@s,5:;[  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。