[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。 }-WuHh#  
J8`vk#5  
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： g aXF3v*j  
8O^z{Yh7  
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。 Y3luU&'  
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： ^F/H?V/PX  
dC">AW  
b=Q%Jxz?  
镜头文件： `XbV*{7  
RLE ?)+I'lW!  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH Y{m1\s/o  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 sVIw'W  
APS               5 
<$'FTv  
UNITS MM d[KG0E5`  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 5CM]-qbf@  
 Ml,87fo  
   0 AIR bd.t|A  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR r6`KZ TU  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 zeHs5P8}r  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 Y<`uq'V  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR 9=MxuBl  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 zQ,ymfT  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 f
TA%HsvU:  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     uTUkRqtD!  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR ).>O6A4:C  
END Z<tJ+  
\Ot,&Z k2  
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 I=yy I  
PF/eQZ*4  
CORE 16 sBu- \P#  
DSEARCH 2 QUIET 'd=B{7k@  
USE CURRENT 5 ALL C&KH.h/N  
e?!A]2  
GOALS ^T/d34A;SP  
ELEMENTS 5 UPJ3YpK  
FNUM 2 1  |<1  
BACK 10 SET FFqqAT5  
STOP MIDDLE GbZqLZ0  
STOP FREE rQPV@J]:  
ASPH Q XQL]I$?  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 elm]e2)F  
FOV .2 .4 .6 .8 1 ?i7}d@636  
DELAY OFF `+Ojh>"*z*  
NGRID 6 `G^MTDp?L+  
SNAP 10 L+y90 T6?  
PLASTIC 5 7 9 11 13 '\.fG\xD  
!QUICK 30 40 {kgV3 [%>  
ANNEAL 50 10 Q ue{0X\[P<  
NPASS 50 VKp
4FiI6  
END zHvG3Ed@  
SPECIAL AANT Mk@%Wuxg2  
ACC 10 1 1 .#y.:Pb|e  
ACA 70 1 10 -%^KDyZ<&  
LUL 90 .1 1 A TOTL v9s/!<j  
END =E''$b?Em  
GO !r*Ogv[  
U#W9]il$  
4r'f/s8"#  
UFy"hJchO  
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。 oO8V0VE\  
u*J,3o} <  
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。 8Yq_6  
NiQ_0Y}  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 
R4Vi*H  
yY$:zc"J  
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 y9OxPq.Cy  
LD~/*  
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： VMZ"i1rP  
nT.2HQ((Xg  
n$fYgZKn  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 IPE2t  
 k_;+z  
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。 X>`e(1`_O  
uIkB&  
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。 J`*!U4  
M/X&zr  
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 1\_S1ZS  
APS -9 mPy=,xYyC  
CSTOP 2O^7zW  
WAP 2 ? LA>5  
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`Zf:  
Rs0O4.yi;@  
J~3+j6?%  
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。 4ACL|RF)A  
k/&~8l.$  
vnT'.cBB:^  
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。 "[[9i  
3(De> gs$  
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。 Hvto]~=GQ  
1/O7KR`K  
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） 2aef[T
Y  
[f9U9.fR  
h7iI=[_V  
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。 "Cz8nG  
DeTx7i0
 
0:Ow$  
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。 gZI88Q  
RLE &&/2oP+z  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 .</`#  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           $wgHaSni  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' Bg"KNg  
MERIT   0.617523E-03 2UPqn#.3  
LOG        4 MC
BZq\c  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ev}lb+pr)_  
APS              -9 KiXRBFo  
CSTOP 1$&(ei]*:  
WAP                2 :T62_cFG  
UNITS MM   Rt &Oz!TQ  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         'P1I-ue
 
73b(A|kQ@  
   0 AIR $e bx  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR hG~TqH^}B  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 f@3?kM(  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 ~J:cod  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR }Zs y&K  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 Pz+2(Z  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 ws!pp\F  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR fwe4f  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 F/91Es  
   5 CC     15.35107422 4CUzp.S`h  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 UcZ20inj0  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 0X.(BRI~6p  
   5 CTE   0.650000E-05 O;bnyB$  
   5 GTB U    'AD-5503         ' E}7@?o7u}  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 2pKkg>/S  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 cPFs K*w  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7Nu.2qE  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 5G >{*K/  
   5 PLASTIC g4Y1*`}2f  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR nY]5pOF:  
   6 CC     -1.63833609 ~F gxhK2+  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 d) i:-#Q  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3sh
}(
  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 d:j6
5yu  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 _#9F@SCA  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 |z1  
   7 CC     -3.18613168 
O[$,e%  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 {`-f<>N3  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ><t4 f(d  
   7 CTE   0.600000E-04 /6K9? /  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' 6cO36  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 M<nKk#!+h  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 })?t:zX#*  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00  ;r
H<  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 F'~\
!dNL  
   7 PLASTIC [:CV5k~xc  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR n<GTc{>Z  
   8 CC     -0.98132904 <8 $fo  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `(2Y%L(r  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #N?VbDK9_  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 E.Vlz^B  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 <5 ?  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 -:$#koW  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 {IB}g:  
   9 CC     -5.54999790 yi29+T7j4S  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 {*BZ;Xh\8  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 !_yWe  
   9 CTE   0.600000E-04 b.N$eJlQ&  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' (dH "b *  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 lG1\41ZxB  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,8tk]W[C  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 r5>1n/+6  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 k1.h|&JJN  
   9 PLASTIC ij=_h_nA  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR ^MXW,xqb  
   10 CC      0.92206943 H;1_"  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 v@&UTU  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 rk E;OU  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^uV=|1<%  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 d,5,OJY2f  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 0XSMby?t`  
   11 CC     -0.42284721 6?BV J  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 kMz*10$gn  
   11 CTE   0.720000E-04 2]UwIxzR  
   11 GTB U    'OKP4            ' _k|k$qxE  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 t+l{D#?a  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 u6t%*''  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ] >4CBm$  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ]YciLc(  
   11 PLASTIC "XB6k0.#  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR M(|6YF7u  
   12 CC    -21.87743665 -U
BH,U  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 F*Y]^9]  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Bo4MoSF}  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 [.Y]f.D  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 2Kmnt(>  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 '44I}[cA/  
   13 CC     -2.93101390 SR$?pJh D%  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 d(_;@%p1X  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 N|3a(mtiZ'  
   13 CTE   0.600000E-04 PiVp(; rtQ  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' wqasI@vyu  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 qy( kb(J  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3P|z`}Ka  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 UfNcI[xr  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 "<$JU@P  
   13 PLASTIC +Y_]<  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR Htm;N2$d  
   14 CC     16.95417460 f{w[H S,z  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 @#>YU
  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 peZ'sZ6  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ?~9o2[  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 AT-  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR \!Wph5wA  
END nj<nW5[  
S^:7V[=EgI  
另一种广角镜头： .)
|2^ 'W  
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。 hbSXa'
 
\GdsQAF"  
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 EG J/r  
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。 u):Nq<X  
X?z CB  
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。 LJwy,-  
BMH?BRi  
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。 !a7YM4D  
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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。