[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。 }D*yr3b  
ST Z]8cw  
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： y$b]7O  
T
95t
"g?p  
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。 pKT2^Q}-h  
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： 6w|J-{2  
BRS#Fl:  
^/@jwZ  
镜头文件： ]<XR]FHx)  
RLE Xg7|JS!  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH sOBu7!G%  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 5Bjgr  
APS               5 "OmD@ EMT  
UNITS MM $s-Y%gc  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 `~#<&w  
;H'gT+t<c  
   0 AIR ik.A1j9oN  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR ]:ZdV9`  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 n
,$z>  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 Bv6K$4  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR LWnR?Qve<  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 YXW%]Uy+  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 ^D{lPu 3  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     ;*2>ES  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR x/ *-P b-_  
END \%0n}.A  

_; Y`  
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。 T{+Z(L  
W-efv
 
CORE 16 *L4`$@l8  
DSEARCH 2 QUIET |7k_N|E  
USE CURRENT 5 ALL
>&:NFq-  
uXjP`/R|  
GOALS "Gb1K9A im  
ELEMENTS 5 eHiy,IN  
FNUM 2 1 `=lc<T^  
BACK 10 SET fHRMu:q  
STOP MIDDLE c!
K]J  
STOP FREE G\de2Q"d:O  
ASPH Q '' O7=\  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 J aTp}#  
FOV .2 .4 .6 .8 1 P!G858V(  
DELAY OFF c0&Rg#  
NGRID 6 T .FI'wy  
SNAP 10 ar9]"s+'  
PLASTIC 5 7 9 11 13 6!'3oN{  
!QUICK 30 40 9h4({EE2t  
ANNEAL 50 10 Q #Lv2Zoi>G  
NPASS 50 h:Gu`+D>W  
END ~\LCvcY"X  
SPECIAL AANT Y_woKc*  
ACC 10 1 1 2;a(8^n  
ACA 70 1 10 a`[uNgDO  
LUL 90 .1 1 A TOTL %w7u]-tR  
END ?']5dD  
GO {!t7[Ctb  
x^4xq#Bb7  
9RN-suE[  
Od4E x;F  
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。 FCi U  
N,8/Y  
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。 +LM#n#T  
TJ q~)Bm  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 WmY``  
mGp.3{j  
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。 R}^~^#  
^?7`;/  
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： y{dTp  
/x_o!<M  
T}V!`0vKw  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 ]QzGE8jp*  
=|3fs7  
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。 &l3iV88  
T!Hb{Cg*  
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。 8!Vl
   
^*P%=>zO  
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 Ut2y;2)a  
APS -9 q#<^^4U  
CSTOP o.0ci+z@  
WAP 2 -FU}pz/  
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。 ~//fN}~R  
GGnpjwXeH  
b0lq\9  
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。 VeW>[08  
?>I;34
tL(  
.Fdgb4>BXX  
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。 xlhG,bb7  
a)wJT`xu  
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。 =EHUR'  
zT!drq: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） |&RU/a  
6@rMtQfI  
:]\([Q+a  
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。 |Y?HA&  
d3D] k,  
`$ 6rz  
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。 tfj:@Z5&$C  
RLE L7dd(^  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 vX/T3WV  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           LDPUD'  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' hDF@'G8F  
MERIT   0.617523E-03 wOU_*uY@6'  
LOG        4 @7I
IM{  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 |5lk9<z  
APS              -9 <g"{Wv: h  
CSTOP e)d`pQ6  
WAP                2 sS*3=Yh  
UNITS MM   #d6)#:uss  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         8X[:j&@  
1`=nWy='  
   0 AIR E|iQc8gr&  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR qm/)ku0  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 .%xn&
3  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 Q+[n91ey**  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR RoPRQCE  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 jIJ~QpNE  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 AE[b},-[  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR e"|efE  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 EV]1ml k$  
   5 CC     15.35107422 4h|c<-`>t  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 {*G9|#[/@  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ZrpU <   
   5 CTE   0.650000E-05 6^]+[q}3  
   5 GTB U    'AD-5503         ' X% t1T4  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Mk"^?%PxT  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 eA2@Nkw~)  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 GS$ifv  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ~%&LTX0s|  
   5 PLASTIC i@*{27t  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR G<65H+)M\  
   6 CC     -1.63833609 (A9Fhun  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 xF!,IKlBBp  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 LBYMCY  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 +r2+X:#~T  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 :CG`t?N9M  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 +$ 'Zf0U  
   7 CC     -3.18613168 hOjk3 k  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 ZMQZs~;~d  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 u^^[Q2LDU}  
   7 CTE   0.600000E-04 NcBIg:V\c  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' ,wQ5.U,  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 DX#Nf""Pw  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Ag-
(5:  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 p|U?86t  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 +}Dw3;W}m  
   7 PLASTIC YvaK0p0Z  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR 'OITI TM  
   8 CC     -0.98132904 3dg1DR;  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 3c-GY:VkLM  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 )|ju~qbf  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 =W(Q34  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 - YEZ]:"  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 q+yQwX{  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 V(H1q`ao9  
   9 CC     -5.54999790 BX`{73sw  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 R`NYEptJ  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 X-b
cQ@Oj  
   9 CTE   0.600000E-04 LBw1g<&  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' (
nQ^  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 xG~P+n7t5$  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 l!D}3jD  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5'OrHk;u  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 c[0}AGJ  
   9 PLASTIC qU \w=  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR q}3`|'3  
   10 CC      0.92206943 5%Y3 Kwyy  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 (p"%O  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \
"7*{L:  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 'TTLo|@"-  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 j`{?OYD  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 =/@D8{pU  
   11 CC     -0.42284721 s:n6rG  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 sA+ }TNhq  
   11 CTE   0.720000E-04 (>LF(ll  
   11 GTB U    'OKP4            ' /2&c$9=1  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 9)l$ aBa  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 hZ|z|!g0  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \[;0KV_  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 >xN .F/[K  
   11 PLASTIC 3(>B Ke  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR 6_(&6]}66  
   12 CC    -21.87743665 &h}#HS>l  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 /T"+KU*
 
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 z<MsKD0Q  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 p?02C#p  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 34f?6K1c  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 +Q/R{#O  
   13 CC     -2.93101390 &sl0W-;0  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 ]=\].% >  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 GV1pn) 4  
   13 CTE   0.600000E-04 lt/1f{v[:  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' vx{}}/B]J  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00  CT&|QH{  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 V.U| #n5  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 %aP!hy  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 l5~os>  
   13 PLASTIC 4VHn \  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR u2t
fF  
   14 CC     16.95417460 EfqX y>W  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 rjK%t|aV^  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 @JGP,445  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 F/]2G^-  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 2_>N/Z4T  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR R7%#U`Q^A  
END zOJ%}  
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另一种广角镜头： Kf3"Wf^q   
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。 &w\{TZ{  
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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 )705V|v  
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。 &0d#Y]D4`  
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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。 9i:L&dN  
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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。 p:&8sO!m  
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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。