[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。 qldm"Ul  
Qg1kF^=  
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： TG?>;It&  
$pP
c}M[h  
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。 iX2exJto  
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： e GAto  
?Nt m5(R  
+Y+fM  
镜头文件： x
zx~H>M  
RLE It'kO jx]  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH :`BG/  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 E2o8'.~Yd`  
APS               5 G a$2o6  
UNITS MM 2GigeN|1N  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 0"\js:-$  
&-IkM%_A9  
   0 AIR /i!/)]*-  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR =mwAbh)[7n  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 P_Gu~B
!Y  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 $WW7,  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR B&!>& Rbx  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 {P?p*2J'  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 [ x.]  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     Y!c7P,cZ+3  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR n|.>41bJ  
END hG<W*g  
LChwHkRHJI  
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。 yJ; ;&  
iH)vLD  
CORE 16 W^,p2
  
DSEARCH 2 QUIET _!Z}HCk  
USE CURRENT 5 ALL gi_f8RP=2a  
=td(}3|D Y  
GOALS {A MAQ  
ELEMENTS 5 Wb^g{F!W  
FNUM 2 1 ?ODBW/{[G  
BACK 10 SET @&E7Pg5  
STOP MIDDLE |ns9ziTDI  
STOP FREE DoeE=X*`k  
ASPH Q }lx'NY~(W  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 >6(e6/C-9  
FOV .2 .4 .6 .8 1 ?ZKIs9E[m  
DELAY OFF 8"wavh|g4  
NGRID 6 Z2]\k|%<Fa  
SNAP 10 >I/~)B`jhE  
PLASTIC 5 7 9 11 13 1OK~*=/4  
!QUICK 30 40 u]3VK  
ANNEAL 50 10 Q !r*JGv=  
NPASS 50 sPX~>8}|VP  
END Co<F<eXe  
SPECIAL AANT u69G #  
ACC 10 1 1 Hg(nC*#/Q  
ACA 70 1 10 dlV HyCW  
LUL 90 .1 1 A TOTL P=4o)e7E!  
END <;Td8T;  
GO _>{"vY  
&xFs0Ri(  
c<)O#i@3/  
b:*( f#"q  
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。 <5c^DA  
l2 #^}-
 
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。 !V0)
eC50  
N?s5h?  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 u9}LvQh_6,  
VsRdZ4  
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。 PtKrks|y  
S#ud<=@!9  
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： Oim
qP  
.Dyxul  
yuZhak  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 5[$Tpn#K7  
+,0 :L :a  
现在需要进一步改进设计。运行 DSEARCH 产生的优化 MACro，镜头的性能变化很小。 .t%`"C  
M|'![]-  
现在必须检查视场的像质。 在 PAD 中，单击PAD工具栏中的“扫描”按钮，然后观察到靠近曲面9的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中，我们必须控制它。 ;u?H#\J,  
0\Myhh~DLE  
由于我们改变了 YP0 的数量，目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果，但是现在我们必须把它放在那里。在 WS 编辑窗格中，我们输入 V7Mp<x%  
APS -9 ddeH-Z  
CSTOP A|0\c
t  
WAP 2 cD4H@!=a  
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 l:"zYcp%  
')v<MqBr  
[YQ` `  
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 'ul~f$ V  
@I0[B<,:G  
%-, -:e  
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。 T#G (&0J5  
<nT).S>+  
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。 .Vb\f  
zE4TdT1y|  
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） [=KA
5c<  
JNgl  
oSqkAAGz\  
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。 7<3eB)S  
/N(Ol WEp  
TYh_uox6  
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。 B[6y2+6$0  
RLE aJ}Cqk  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 H$n{|YO `  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           JRl`evTS  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' 3XomnL{  
MERIT   0.617523E-03 h\qM5Qx+Q  
LOG        4  MfNguh  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 J$Nc9?|ZZ  
APS              -9 ")ZsY9-P  
CSTOP #}{1>g{sXt  
WAP                2 jZvQMW  
UNITS MM   8HymkL&F  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         A#B6]j)  
$s-HG[lX[  
   0 AIR $Sfx0?'  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR .V:H~  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 qdeS*rp\  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 `^7ARr/  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR vg/:q>o  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 nXuoRZ  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 Vr=c06a2  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR Tp0^dZM+  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 #RwqEZ  
   5 CC     15.35107422 <MH| <hP  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 =9ISsI\Y6  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 )cX6o[oia  
   5 CTE   0.650000E-05 qc-4;m o  
   5 GTB U    'AD-5503         ' \f7Aj>  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 :7+E fu  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 h (`Erb  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 u.s-/ g  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 hVAP )"5  
   5 PLASTIC KvrcO#-sL  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR ywRwi~  
   6 CC     -1.63833609 ?!J{Mrdn  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 DxLN{
g]B  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 eQUm!9)  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 kM,$0@  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ZzuEw  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 W6m oFn  
   7 CC     -3.18613168 g0!{CW  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 KF[P /cFI  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 )./%/
_*K  
   7 CTE   0.600000E-04 FM3DJ?\L-  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' `E),G;I  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 }I\hOL
 
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5`B!1  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 p/a)vN+*x'  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 :/kz*X=<  
   7 PLASTIC IwHYuOED]  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR 3UBg"1IC  
   8 CC     -0.98132904 |\OG9{q  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 x]gf3Tc58  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 l 6;}nG  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 JPX5Jm()  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 cbk|LQ.O  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 il \q{Y o  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 :{d?B$  
   9 CC     -5.54999790 od7 [h5r  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Er6'Ig|U  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 1{sfDw[s  
   9 CTE   0.600000E-04 8tM40/U$  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' 2<*DL6  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ly<1]jK  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 u*ZRU 4U  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 qn+b
*4  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 e)[>E\u_  
   9 PLASTIC {:VUu?5-t;  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR l0m\2Ttf  
   10 CC      0.92206943 Z2]ySyt]  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 \B'rWk33,  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ]Y'oxh  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 fXPD^}?Ux4  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ptS1
d$  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 N|v3a>;*l  
   11 CC     -0.42284721 abq$OI  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 p=Nord  
   11 CTE   0.720000E-04 S?W!bkfn  
   11 GTB U    'OKP4            ' H}OOkzwrA  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 5V5E,2+ 0  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
a$7}_kb  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 vpy_piG|  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 HCh;Xi  
   11 PLASTIC XCNfogl  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR tp='PG.6  
   12 CC    -21.87743665 S aCa  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 DlkHE8r\  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^rI<}cfR  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
:GU6v4u  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 x<'(b7{U0  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 :wJ=t/ho  
   13 CC     -2.93101390 { jnQoxN  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 ;* vVucx  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 LLn,pI2fL{  
   13 CTE   0.600000E-04 Jl^Rz;bQ-  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' etX&o5A  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 =(f+geA"hm  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 HSk gS  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 OC|9~B1  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 }s_'
q~R  
   13 PLASTIC Z&hzsJK{m$  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR lF]cUp#<  
   14 CC     16.95417460 y9?~^pTx  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 JJHr<
|K  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 U
!E   
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 "T/ vE  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 %[:\ZwT,-  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR r7z8ICX'q  
END &u62@ug#}  
(nk)'ur.  
另一种广角镜头： 1]HEwTT/1_  
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。 2\flTO2Ny  
 >:whNp  
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 Y<U"}}  
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。 vc.:du  
tZS-e6*S  
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。 ;P9P2&c8c  
)J?Nfi%  
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。 V[<]BOM\v  
cqzd9L6=  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。