[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。 =&?BPhJE  
*f+DV[DF  
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： i}LVBx"K(  
~0gHh
  
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。 <#:ey^q<  
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： p!
~V@l  
nTPq|=C  
ft4(^|~  
镜头文件： ^/$bd4,z  
RLE |`ZW(}~  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH #uH%J<U  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 S8)6@ECC  
APS               5 .d%CD`8!  
UNITS MM i~EFRI@  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 Gmh6|Dsg  
: ]~G9]R`  
   0 AIR m3 W  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR |]x>|Z?/u  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 XlU`jv+  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 45tQ$jr`1  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR /~;om\7r  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 59M\uVWR  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 Y`!Zk$8  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     -1tiy.^$F  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR /}$D&KwYg  
END _tQR3I5  
$~<]G)*Z  
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 1gDsL  
h7F5-~SpD  
CORE 16 BBlYy5x  
DSEARCH 2 QUIET #hF(`oX}4K  
USE CURRENT 5 ALL &`Ek-b!7  
]?a i  
GOALS k^*S3#"  
ELEMENTS 5 q!\4|KF~  
FNUM 2 1 qjmlwVw  
BACK 10 SET ,\=,,1_  
STOP MIDDLE L/2,r*LNx$  
STOP FREE o==:e  
ASPH Q cCbZ*  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 \d}>@@U&  
FOV .2 .4 .6 .8 1 |WDMyKf6J  
DELAY OFF cMp#_\B  
NGRID 6 /K\]zPq  
SNAP 10 GEUC<bL+  
PLASTIC 5 7 9 11 13 g!DJW  
!QUICK 30 40 M A  
ANNEAL 50 10 Q b]k9c1x  
NPASS 50 nb_$g@03  
END rki0!P`  
SPECIAL AANT <
3C/t|s  
ACC 10 1 1 ~"nF$DB  
ACA 70 1 10 K:(E"d;  
LUL 90 .1 1 A TOTL ~Y/o9x0  
END g}n-H4LI  
GO T?HW=v_a  
)uu1AbT+e  
:.aMhyh#*  
jcL%_of  
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。 G_/DzJBF  
m< Y I}  
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。 1V:I}~\  
X)b@ia'"Wp  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 z1S p'h$  
Zi=/w  
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。 lgQ
"K(zY  
"kd)dy95H  
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： &$g{i:)Z  
VMIX=gTZ  
bYAtUEv  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 ?!HU$>  
a]nK!;>$  
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。 <NXJ&xs-+  
Mqv[7.|  
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。 I>JBGR`j  
}\
0ei(%H  
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 {2F@OfuCF  
APS -9 j9xu21'
!%  
CSTOP 5Deo}(3  
WAP 2 f9D01R fo  
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。 'e/wjV  
LS]0p#  
|p.|zH  
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。 V:h7}T95  
Z7XFG&@6  
;2P  
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。 CorV!H4  
%+^Qs\j  
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。 T>68 ,; p  
 stQ_Ke  
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） 8W Etm}  
:g~_  
e|N~tUVrrN  
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。 RdBIbm  
J6Vx7  
T+e*'<!O  
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。 >x>/
}`  
RLE +PS jBO4!  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 B"8jEYT5  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           (9R;-3vY:S  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' dIfy!B"  
MERIT   0.617523E-03 ,u>[cRqw  
LOG        4 q=}1ud}1  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 u*/+cT  
APS              -9 V';l H2  
CSTOP "([/G?QAG  
WAP                2 |nE4tN#J<  
UNITS MM   stUUez>  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         @{W"mc+  
|Ve,Y  
   0 AIR oKb"Ky@s  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR n*
Uk<_WA  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 h aApw(.%  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 W.NZ%~|+e/  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR }wkY`"  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 ]f0OmUHR5i  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 QFMAy>Gdn  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR Ek1c>s,t  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 "Kdn`zN{  
   5 CC     15.35107422 :AS`1\ C  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 em'ADRxG+  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 _OC@J*4.  
   5 CTE   0.650000E-05 ?xrOhA9  
   5 GTB U    'AD-5503         ' vxHFNGI  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Qz3Z_V4k9  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 1X&.po  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 x x4GP2  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 2j}DI"|h  
   5 PLASTIC R3;%eyu  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR H>A6VDu  
   6 CC     -1.63833609 4(8trD6  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 9v[V"m`M  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 =MMd&  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 A&bj l[s  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 BjeD4  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 vaGF(hfTA  
   7 CC     -3.18613168 ?*%_:fB  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 bi^?SH\  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 r4fHD~#l{  
   7 CTE   0.600000E-04 Iz5NA0[=2  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' %KXiB6<4  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 {VE h@yn  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Cq"KKuf  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *Bq}.Yn  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 52d
D(  
   7 PLASTIC U~N7\Pa4  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR 1(Ta*"(0Ip  
   8 CC     -0.98132904 j
 0pI  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 [/UchU]DT  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 jb-kg</A  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 WXl+w7jr  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 w8UuwFG?<  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 /v8Q17O?e  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 =O![>Fu5  
   9 CC     -5.54999790 S@FO&o 0  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Ve3z5d:^  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ~0a5  
   9 CTE   0.600000E-04 ]:
59c{O  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' >H!Mx_fDL  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 W(`QbNJ  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `t&{^ a&Y"  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 fI613ww]  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 pn gto  
   9 PLASTIC o@Oz a  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR DPTk5o[  
   10 CC      0.92206943 {`QHg O  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 K>@yk9)vi  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \ ;npdFy  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 xzm]v9k&  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 aa`(2%(:  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 U]iI8c  
   11 CC     -0.42284721 hm`=wceK  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 kI^* '=:  
   11 CTE   0.720000E-04 5^u$zfR  
   11 GTB U    'OKP4            ' [@vz0!@s5  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 O1J&Lwpk,  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 mll:rWC)  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 xzOa9w/  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 (+> 2&@@<  
   11 PLASTIC ~2w&+@dV%  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR 8Xotly  
   12 CC    -21.87743665 {r,Uik-nL  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 qTd[DaG#  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 vk& gR  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 h:YD$XE  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 HTJ2D@h  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 E-bswUVaEE  
   13 CC     -2.93101390 jxh:z  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 l_vGp  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Oj5UG*  
   13 CTE   0.600000E-04 I&;>(@K  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' #jQauO  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 I0Pw~Jj{  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~s!Q0G^G  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 SS=<\q#MS  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !eLj+0  
   13 PLASTIC _ E;T"SC  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR ]pax,|+$C  
   14 CC     16.95417460 t]yxLl\  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 m1"m KM  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &L;ocd$  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 =)[m[@,c  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 (vs<Fo|]  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR ^SdF\uk{?6  
END ^\\3bW9
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另一种广角镜头： lvs XL  
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。 XE}gl&\  
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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 i"2OsGT  
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。 37#&:[w>  
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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。 QQ*
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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。 RJrz ~,}  
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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。