[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。 =
JfSg'7  
}WEF*4B!  
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： s[#ww =T\  
d^ZrI\AJ  
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。 G~KYFNHr  
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： fm&pxQjg  
l|5;&(Y+s  
0=V -{  
镜头文件： d{:0R9  
RLE |7%#
z~rT  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH i'`[dwfS  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 R/?ZbMn]!  
APS               5 lq}g*ih  
UNITS MM G2!J`}  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 Or,W2  
\cW9"e'  
   0 AIR q@Oe}  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR ayh=@7*  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 l&oc/$&|[
 
1    GLM      1.50000000             55.00000000 J3,m{%EtNM  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR s|d"2w6t  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 !
,&{1p  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 E>Lgf&R#W  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     ,@0D_&JAl  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR \TnRn(Kw  
END F7IZ;4cp  
a/dq+  
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。 m\e?'-(s  
EiCEB;*z|d  
CORE 16 <T+{)FV  
DSEARCH 2 QUIET XWv;l)  
USE CURRENT 5 ALL %2^wyVkq:  
QI*<MF,1  
GOALS Qkb=KS%z  
ELEMENTS 5 $ uqB.f$  
FNUM 2 1 vfloha p  
BACK 10 SET aDZ]{;  
STOP MIDDLE oxXCf%!  
STOP FREE QZv}\C-c  
ASPH Q I@q(P>]X9  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 a<CACWsN.T  
FOV .2 .4 .6 .8 1 Q%n$IQr4gM  
DELAY OFF *:V+whBY  
NGRID 6 12HE=  
SNAP 10 M*2 Nq=3  
PLASTIC 5 7 9 11 13 SaSj9\o  
!QUICK 30 40 /MZ^;XG  
ANNEAL 50 10 Q )%vnl~i!  
NPASS 50 W.Z`kH *B  
END 7mtX/w9  
SPECIAL AANT M$U
Zn  
ACC 10 1 1 a9y+FCA  
ACA 70 1 10 tQ(4UHqa~  
LUL 90 .1 1 A TOTL Nx=rw h  
END ]8CgHT[^7  
GO {3!E8~  
6os{q`/Q])  
20c
EE>  
|&U{ z?  
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。 I'0{Q`}  
C1o^$Q|j  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 Fx )BMP  
 {[dY$  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 KvXFzx|A  
3@\J#mR  
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*DQLBWc  
hGJANA  
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： Z7p!YTA  
FaQc@4%o  
;b!qt-;.<  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 + f,Kt9Cy  
]i\;#pj}
 
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。 %S/?Ci  
ZdgzPs"  
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。 Q)=LbR{#  
Vrs?VA`v$  
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 g cb6*@u!  
APS -9 0+F--E4  
CSTOP U=PTn(2  
WAP 2 yt<h!k$ _P  
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。 GglGFXOL-  
LkXho>y  
#mkf2Z=t-  
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。 E
B VG@  
:0Z\-7iK  
</2 aQn  
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。 Ub/ZzAwq  
1!NrndJI  
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。 %77
uc9}  
aK/fZ$Qc  
再次运行 MRG，这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑胶。设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） &f2:aT)  
}(7TiCwd  
W/g_XQ  
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 4:5M,p  
m`}mbm^  
<Zvvx  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 LosRjvQ:  
RLE d0-4
KN2  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 tQas_K5  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           @JGFG+J}  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' 5RAhm0Op~.  
MERIT   0.617523E-03 -K3d u&j  
LOG        4 YmOj.Q&  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 fvk(eWB  
APS              -9 k||dX(gl  
CSTOP S`$%C=a.  
WAP                2 |1zfXG,R  
UNITS MM   *<X1M~p$  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         )K$YL='kX  
Lq;T\m_de  
   0 AIR L^*f$Balz  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR U8J9 #+:  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 v>j,8E  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 eL~3CAV{  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR &>]U c%JK  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 uVKe?~RC  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 #:By/9}-  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR V:>r6  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 un4fnoc  
   5 CC     15.35107422 6Ia HaV+P  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 y0`; br\X  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 FvY=!U06  
   5 CTE   0.650000E-05 dNhbvzl(  
   5 GTB U    'AD-5503         ' L]8z6]j*  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 7B=VH r  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 AwjXY,2  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,SidY\FzH  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 cc3B}^@p=  
   5 PLASTIC TY'c'u,  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR c BZ,"kp-  
   6 CC     -1.63833609 9cHo~F|ur  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 AO>b\,0Me  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 g$^-WmX\m  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Vjs'|%P7  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 }dpTR
9j=  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 wU>Fz*  
   7 CC     -3.18613168
g(W+[kj)  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 1G7l+6w5~^  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Le:C8^  
   7 CTE   0.600000E-04 ?'Hd0)yZ  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' ^8_yJ=~V  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 2|=hF9  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 jLM([t  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 sv?Fx;d  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 7P<f(@0h$E  
   7 PLASTIC ZnRT$ l O  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR "+T`{$Z=C  
   8 CC     -0.98132904 |T@SlNi]  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 )WbWp4  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 J@2wPKh?Yp  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 @fYVlHT%E  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 51b%uz  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 NLY=o@<  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 X!K>.r_Dg  
   9 CC     -5.54999790 ""jW'%wR  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Qv5fK  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 N|$9v{ j_  
   9 CTE   0.600000E-04 8T9s:/%  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' :`zO%h  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 xi(1H1KN5B  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Fz';H  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3a.!9R>  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 zmGHI!tP  
   9 PLASTIC F
5RL+rU(h  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR 't}\U&L.{  
   10 CC      0.92206943 lUB?eQuN_  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 <O 0Q]`i  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 /uX*FZ  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Y4HN1  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 j!>P7 8  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 OQ hQ!6  
   11 CC     -0.42284721 :Q>e54]'&  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 'k[qx}  
   11 CTE   0.720000E-04 dh7`eAMY   
   11 GTB U    'OKP4            ' #| _VN %!  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 KCyV |,+n  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 QR#>Ws  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 XJ\R'?j  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 x C&IR*  
   11 PLASTIC 88v8lt;R  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR 9
GH5  
   12 CC    -21.87743665 s{Qae=$Q  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 [oVM9Q  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 H5x7)1Ir|  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 __'4Qt  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 >-I <`y-H  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 ih".y3  
   13 CC     -2.93101390 @!fUp b  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 XQ}J4J~Vm  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 iVn4eLK^v  
   13 CTE   0.600000E-04 W+!UVUpW  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' XqmB%g(  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 'JMW.;Lh?X  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 g=$U&Hgs  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 g77M5(ME  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 6/S.sj~  
   13 PLASTIC o@zx
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   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR 9y*] {IY  
   14 CC     16.95417460 d j\Z}[  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 FSA%,b;U  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 bwXeEA@{  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5q0L<GOrj  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 b!@PS$BTxq  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR 1z8"Gk6  
END 4tZ*%!I'  
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另一种广角镜头： gU
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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。 />S^`KSTM  
jG[Vp b  
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 gPKf8{#%e  
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。 8<C*D".T$  
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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。 %i9 e<.Ot  
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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。 T%eBgseS  
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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。