[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。 pm*xb
]8y  
,k{#S?:b  
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： ohFJZ'  
rai3<_W<  
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。 LR.H
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： U=DmsnD,  
C8[&S&<_<  
!/}O>v~o  
镜头文件： qfL~Wp2E;  
RLE SSz~YR^}Sr  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH l>Z5 uSG  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 GNXHM*~  
APS               5 Gb8D[1=u=  
UNITS MM 0Fk5kGD,&K  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 [s"O mAy4  
}4Tc  
   0 AIR xIxn"^'  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR FME3sa$  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 : >6F+XZ  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 uJFdbBDSh  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR =U#dJ^4P  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 X9p.gXF  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 D2](da:]8)  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     OK{quM5  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR !n* +(lZ  
END @6{~05.p  
(@%gS[]  
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。 ]
bj&bk#  
ue4Vcf  
CORE 16 ZAv,*5&<  
DSEARCH 2 QUIET O\E
/. B  
USE CURRENT 5 ALL iz8Bf;  
Cnbz=z  
GOALS v%"|WV[N  
ELEMENTS 5 \^ZlG.  
FNUM 2 1 aa>xIW,u  
BACK 10 SET |?qquD 4=  
STOP MIDDLE V,q](bg  
STOP FREE Svondc 4  
ASPH Q 7NDr1Z#B6V  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 pQshUm"_  
FOV .2 .4 .6 .8 1 7on.4/;M  
DELAY OFF n` xR5!de  
NGRID 6 'NX```U0  
SNAP 10 .Xce9C0SW  
PLASTIC 5 7 9 11 13 2$?C7(kW  
!QUICK 30 40 H *[_cqnv  
ANNEAL 50 10 Q i'9vL:3  
NPASS 50 H*[M\gN$  
END R{ a"Y$  
SPECIAL AANT 2Ou[u#H  
ACC 10 1 1 _9=Yvc=  
ACA 70 1 10 Ezr:1 GJ  
LUL 90 .1 1 A TOTL t^6dzrF  
END ^:#D0[  
GO vH#huZA?7  
cm?\ -[cV  
U-IpH+E  
T(t+ iv  
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。 '7+4`E  
} \XfH  
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。 V
O$ iNK  
byTh/H  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 @&1ZB6OCb:  
pL{U `5S  
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。 cFeXpj?GV  
8>0e*jC  
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： DpUbzr41+k  
z"0I>gl  
pov)Z):}G<  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 r7b1-  
qWOD
s  
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。 B)qWtMZx  
_NMm/]mN /  
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。 M7@2^G]p  
n2oz"<?$S  
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 ptU\[Tq  
APS -9 CE/Xfh'44  
CSTOP =zKhz8B(  
WAP 2 &ge "x{,?  
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。 =~=*&I4Dp  
8$0rR55  
T~Gvp0r}h  
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。 wS%Q<uK  
;xzUE`uUfJ  

A1.7O  
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-Da~[J  
Q0&H#xgt  
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。 kic/*v\6@  
80Gn%1A9  
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） R,pX
:H&#+  
JV]^zW  
,u`B<heoLU  
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。 z@B=:tf  
I?ae\X@M
  
 Kfh|  
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。 \}p6v}  
RLE *=+td)S/1  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 >g+?Oebgw  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           9983aFam  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' QlO0qbG[y  
MERIT   0.617523E-03 }j*KcB_  
LOG        4 f]JM /  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 Xq
W@rU  
APS              -9 L1Iz<>  
CSTOP DGAX3N;r6{  
WAP                2 ]>~)<   
UNITS MM   %jJ>x3$F  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         ni<A3OB  
9Hc$G{[a  
   0 AIR 2@%$;.  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR V&Xe!S  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 `"&da#N]  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 rzh#CnL3  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR bpKZ3}U  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 nij!1z|M  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 ;S57w1PbVA  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR 0Sgaem`  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 p' +  
   5 CC     15.35107422 lJE93rXU  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 }RwSp!}C  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 jC7&s$>Q"g  
   5 CTE   0.650000E-05 O'W0q;rT  
   5 GTB U    'AD-5503         ' ($}`R xj1@  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ub;ZtsM,%  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !!`!|w  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 U`Wauv&  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^V#@QPK9  
   5 PLASTIC /4vG3  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR *g[^.Sg  
   6 CC     -1.63833609 +eX@U;J,g  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 op6CA"w  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8AnP7}n;?'  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~fT_8z  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Zxbo^W[[  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 R +WP0&d'  
   7 CC     -3.18613168 wyQzM6:,yX  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 gMaN)ESqd4  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 p\JfFfC  
   7 CTE   0.600000E-04 T)Y=zIQ1]7  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' 2EfF
=Fm>  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !kE-_dY6)  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 /yZQ\{=  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 JXu$ew>q  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 US%
^#D q  
   7 PLASTIC -*m+(7G\  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR yb/%?DNQT  
   8 CC     -0.98132904 t| 'N+-T3  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 yq NzdzX  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 U )l,'y2  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 R8T]2?Q1  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 k31I ysh  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 A _XhuQB;d  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 kjtjw1\o  
   9 CC     -5.54999790 rORZerM  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 _<NMyRJo  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 :P@rkT3Qt  
   9 CTE   0.600000E-04 k}0^&Quc4  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' \@1=stK:F  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !}
r% u."  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 CJXg@\\/  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 K"[AxB'F  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 {FG|\nPw  
   9 PLASTIC K!]1oy'V  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR y;AL'vm9  
   10 CC      0.92206943 8krpowVs~  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Jte#ZnP  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 YI.w-K\  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 L[20m(6?  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 pTyi!:g3W  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 3neIR@W  
   11 CC     -0.42284721 q
g}O/K  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 #~.w&~:  
   11 CTE   0.720000E-04 t6A:ZmG_  
   11 GTB U    'OKP4            ' u*#ZXW  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 " $ew~;z  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 f}@jFhr'<  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !\,kZ|#>  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 \0H's{uek  
   11 PLASTIC 9gEssTkts  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR {s_+?<l  
   12 CC    -21.87743665 pKjoi{ Z  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 acw4
B5]  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #zRbx  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 fz3lV  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 "n=vN<8(o  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 Xe^
Cn R  
   13 CC     -2.93101390 d'|,[p  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 WwUv5GZTW  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 LT,?$I  
   13 CTE   0.600000E-04 A,)VM9M_l  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' T1r3=Y4  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 4L73]3&  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 60)iw4<wf  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 D K
w*~0  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 0^8)jpL$<9  
   13 PLASTIC /De^  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR ]l(wg]  
   14 CC     16.95417460 6Vbzd0dk  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 >Z;jY*  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ?*oKX  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 KPpHwcYxT  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 fI7j):h;  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR XJ0oS32_wK  
END
\xUe/=  
<uc1D/~^:  
另一种广角镜头： ejO}t:}P  
在本章的第一部分中，我们观察到，超过90度的输入角需要一个定制的前端，其目的是将主射线的角度减小到一个更易于控制的值，以便光线能够通过。但如果这个领域的角度小于90度，工作就简单多了。 n?:=  
[*Z`Kc  
点击打开 C45M2，我们使用 DSEARCH 本身，没有添加前端，并指定广角校正参数(WAC)为50度，此镜头的最大视场角为86度而不是92.4度 {q3H5csFq  
本例中，搜索统计显示，待分析的128例中，共有59例由于光线追迹失败而跳过。如果在不带WAC参数的情况下运行这个宏，程序将跳过128种情况中的125种。不要跳过用例总是一个好主意，因为有希望的配置可能会被错过。当你用 DSEARCH 搜索最佳镜头设计时，WAC参数是你可以尝试的另一个参数。 /LM4-S  
&l?+3$q  
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。 vw)7 !/#  
:SsUdIX;P  
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。 !8@*F  
uyF|O/FC  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。