[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。 +5I'? _{V  
KaS*LDzw  
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： Cg%Owe/E?0  
2hso6Oy/v{  
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。 DfU= i'R  
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： kP/<S<h,g  
GVu[X?q@|  
D|<_96_m  
镜头文件： Yl
T&.G  
RLE F(Zf=$cx  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH g.blDOmlc  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 O"kb*//  
APS               5 ?(Tin80=r  
UNITS MM J%B
/(v`  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 JUj.:n2e  
^!i4d))  
   0 AIR i `p1e5$  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR BB9eQ: xO  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000  )*6  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 g:xg ~H2  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR 5-k gGO
t  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 f%1\1_^g  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 Anpp`>}N  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     trjeGSt&  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR |+JO]J#bc  
END J7oj@Or9  
Zn40NKYc  
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。 F7w\ctUP  
Z+EZ</'(a  
CORE 16 wS?Kc^2O  
DSEARCH 2 QUIET ;;rx)|\<R  
USE CURRENT 5 ALL {~R?f$}""j  
z.\\m;s  
GOALS VPuo!H  
ELEMENTS 5 >Di`zw~  
FNUM 2 1 8tf>G(I{  
BACK 10 SET &e3}Vop  
STOP MIDDLE 1:M'|uc  
STOP FREE K4E
2W9h  
ASPH Q UHTxNK@}  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 kB5y}v.3 S  
FOV .2 .4 .6 .8 1 z#|Auc0  
DELAY OFF hH-!3S2'  
NGRID 6 >Wx9a"H^(  
SNAP 10 .YH#+T'  
PLASTIC 5 7 9 11 13 wv\"(e7(  
!QUICK 30 40  r3OtQ  
ANNEAL 50 10 Q Xkx&'/QG,U  
NPASS 50 ,1!Y!,xy  
END qJK9
C`T%  
SPECIAL AANT qzHsqlof  
ACC 10 1 1 k\/es1jOEh  
ACA 70 1 10 |a /cw"  
LUL 90 .1 1 A TOTL Uvi@HB HJ  
END LV0gw"  
GO P@n rcgM.  
Rf>V]R  
p<Tg}fg  
BVH)!]m0  
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。 .{bT9S
c5  
?
;(
!(<{  
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。 i!JSEQ_8  
@Xh8kvc81  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 /Jc^XWf  
Po\+zZjo  
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。 B%))HLo'  
@8:c3(!  
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： YY7dw:>e/  
[5M!'  
eUgKwu;  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 m{lS-DlRg  
-W})<{End  
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。 AI9=?X<kh  
]i `~J  
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。 #0#
6eT{-  
8jLO-^X<<  
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 NB( G
E  
APS -9 RzLeR%O  
CSTOP Av/y  
WAP 2 q^@*k,HG  
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。 Lr"`OzDz  
1'k,P;s  
IY(;:#l  
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。 :ZM=P3QZ  
,qdZ6bv,]|  
J+hifO  
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。 (1Jc-`  
. vea[  
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。 G#'G9/Tm  
AIA4c"w.EO  
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） pSpxd|k  
{UhpN"'"n  
2-"`%rE  
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。 cn_*,\}  
FvBnmYnW  
<L3ig%#B  
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。 twPD'X!r  
RLE 6wy
h
L-{:  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 xn7bb[g;  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           jouT9~[L'  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' 7I{rhA  
MERIT   0.617523E-03 Ymg,NkiP0  
LOG        4 gAy"W$F  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 X.ZY1vO  
APS              -9 ~NO'8Mr  
CSTOP "I[uD)$  
WAP                2 V"sm+0J  
UNITS MM   7!8R)m^1[  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         TJ(vq]|&  
6J\A%i  
   0 AIR \YF'qWB  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR ]B
-3Lh  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 T4"*w  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 YR68'Sft[  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR t3aDDu  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 +0n,>eDjg^  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 dv\aP  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR `[.4SIah  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 xy<)zKp  
   5 CC     15.35107422 Jd/XEs?<q  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 CLY>M`%?+p  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 3=kw{r[2lM  
   5 CTE   0.650000E-05 !X/O1PM|  
   5 GTB U    'AD-5503         ' * n>YS  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 N< 7  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 14rX:z  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 17;qJ_T)  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 gS^Y?  
   5 PLASTIC o_%gFV[q  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR =doOt 7Rj  
   6 CC     -1.63833609 %KmhR2v  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^o6&|q  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 F%e5j9X`  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 n%:&N  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #jR1ti)p  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 Ng<oz*>U  
   7 CC     -3.18613168 H=7Nh6v  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 -Mufo.Jz1o  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 }h_= n>  
   7 CTE   0.600000E-04 -#"7F:N1  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' Z"g6z#L&  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 bmGtYv  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 AoN|&o  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7W\aX*]  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 E,:E u<  
   7 PLASTIC u}IQ)Ma  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR sBm/9vu  
   8 CC     -0.98132904 WCZeY?_^c  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 RkXW(T`  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 N"o+;yR  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Q?TXM1Bp  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 8n)3'ok  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 gpzZs<ST  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 )Aa h  
   9 CC     -5.54999790 5!^DKyw:  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 *%`jcF  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 7`Bwo*Y  
   9 CTE   0.600000E-04 ?513A>U  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' /:@X<  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |9cSG),z  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Gf1O7L1rX  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 66shr  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `tZ`a  
   9 PLASTIC "jG-)k`a  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR 04cNi~@m  
   10 CC      0.92206943 ~`Xu6+1o  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ac??lHtH9  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8|iMD1  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0vm}[a4+i;  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 >On"BP# U  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 [E/}-m6g  
   11 CC     -0.42284721 ^L;k  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 v"a.%"oN8  
   11 CTE   0.720000E-04 gR:21*&cz  
   11 GTB U    'OKP4            ' !2Q>  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ;0`p"T0  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 a2N4Jg@  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 koAM",5D  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 fnm:Wa|,%|  
   11 PLASTIC xg2 
&  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR bP,_H  
   12 CC    -21.87743665 E
)7ODRVbl  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 :},/D*v  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 F"M$ "rC]  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !%{s[eO\  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 3V`.<  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 hu+% X.F4  
   13 CC     -2.93101390 pe1_E KU  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 oPA [vY  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 19t'  
   13 CTE   0.600000E-04 8^Ov.$rP
 
   13 GTB U    'ZEON480R        ' az2CFd^M  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 {Qla4U  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 a\PvRW*I  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 SZm)`r\A  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 c_r&)8  
   13 PLASTIC W^^}-9  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR !bi}9w  
   14 CC     16.95417460 zUhJr$N$  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 XiB]I5(hcc  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 g6. =(je  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 aab?hR  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 s*B-|  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR @GiR~bKZ  
END 4U*
uH  
HjFY>(e  
另一种广角镜头： k5@_
8Rc  
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。 tyLR_@i%%  
<C'S#5,2  
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 (Q$]X5L  
本例中，搜索统计显示，待分析的128例中，共有59例由于光线追迹失败而跳过。如果在不带WAC参数的情况下运行这个宏，程序将跳过128种情况中的125种。不要跳过用例总是一个好主意，因为有希望的配置可能会被错过。当你用 DSEARCH 搜索最佳镜头设计时，WAC参数是你可以尝试的另一个参数。 .ZxH#l _  
H?=D,  
镜头仍然需要额外的工作，正如之前所做的，但重点是，有了这个稍微减少的视场角，工作更简单，不需要像我们上面做的那样对前端元素进行初步的计算。 oEWx9c{~$  
?Ze3t5Ll  
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。 !I? J^0T  
,j('QvavJ  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。