[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。 ZtHm\VTS  
E\;ikX&1  
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： vy,&N^P  

DQwGUF'(  
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。 }h 3K@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： }KhjlPhx  
<W]g2>9o9  
7RDDdF E!  
镜头文件： .@Ut?G  
RLE LK"  bC  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH ,7XtH>2s  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 2DD:~Tbi  
APS               5 kM`l  
UNITS MM b3YO!cJ  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 b|zg<  
)etmE  
   0 AIR 5sPywk{  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR 8}w6z7e|{  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 lnGq :-  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 $BmmNn#  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR E+C5 h ;p&  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 _7DkS}NJs  
3    GLM      1.50000000             55.00000000  '8j$';&`  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     wW?,;B'74  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR 6n1rL  
END (6v(9p  
E2L(wt}^  
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。 Vx_rc%'  
G;3~2^lB\  
CORE 16 D|qk_2R%  
DSEARCH 2 QUIET /m _kn  
USE CURRENT 5 ALL 0ult7s}  
,&U4a1%i#c  
GOALS !se0F.K  
ELEMENTS 5 fA48(0p  
FNUM 2 1 oPc\<$  
BACK 10 SET kqG0%WtQ  
STOP MIDDLE BK
,sc'b  
STOP FREE .k4W_9  
ASPH Q |lH;Fq{\  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 63?)K s  
FOV .2 .4 .6 .8 1 x{}z ;yG  
DELAY OFF x]5@>5  
NGRID 6 $N2SfyX7  
SNAP 10 FI8Oz,  
PLASTIC 5 7 9 11 13 EliTFxp  
!QUICK 30 40 x( mE<UQN  
ANNEAL 50 10 Q M\b")Tu{0  
NPASS 50 Ch )dLPz@  
END &4dz}zz90  
SPECIAL AANT e$c?}3E!z  
ACC 10 1 1 2fIRlrA$  
ACA 70 1 10 1p`+  
LUL 90 .1 1 A TOTL Pag63njg?  
END C}Ibx
Kl  
GO 8&"(WuZ@  
#sKWd  
Kt>X3m,  
mmw^{MK!  
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。 1G~S|,8p  
52zGJ 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。 -G &_^"=R  
W&:[r/8wA  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 PZ8U6K'
 
pO<-.,  
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。 y'ja< 1I>  
AgF5-tz6x  
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： OEr:xK2T  
=R*Gk4<Y  
&K^MNd  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 *5%*|>  
VVWM9x  
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。 5H,G-  
lhC6S'vq  
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。 E& 36H  
f7}"lG]q  
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 h$C@j~  
APS -9 BdbJ< Is  
CSTOP O}Ui`eWU  
WAP 2 r0m)j  
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 47 u@4"M  
]Gc3Ea;4  
Ni[4OR$-O  
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。 "C%!8`K{a*  
*.y'(tj[  
\9)[#Ld  
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。
U6 82Th  
w5]"ga>Y  
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。 ;'RFo?u K  
AZFWuPJo  
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） ^>~dlS  
`!\ivIi^  
nYv#4*  
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。 >L2*CV3p  
zCXqBuvu1  
Oo%!>!Lt,  
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。 24@^{ }  
RLE Wb=Jj 9;  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 9rj('F&1  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           993d/z|DX  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' hd^x}iK"  
MERIT   0.617523E-03 !Cj(A"uqY  
LOG        4 GXb47_b^  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 5ouQQ)vA  
APS              -9 |i)lh_iN  
CSTOP %= u/3b:o  
WAP                2 +802`eax  
UNITS MM   QJ4AL3 ^6
 
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         gn5% F5W  
O
.:I,D&]  
   0 AIR eYP=T+  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR j8HOc(  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 .Vx|'-u  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 (-(*XNC  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR NM L|"R;
 
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 }z'DWp=uN  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 cb+y9wA  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR F/<qE!(  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 (L#%!bd  
   5 CC     15.35107422 \.>.c g  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 8$ DwpJ  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 N~g%wf@w  
   5 CTE   0.650000E-05 d7~j^v)=^  
   5 GTB U    'AD-5503         ' g3rRhS  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 $Xt;A&l2?  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 S[U/qO)m  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 '0Zm#g  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 fNxw&ke8&  
   5 PLASTIC B T7Id  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR hPPB45^  
   6 CC     -1.63833609 V<-htV  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ;QidDi_s>  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;5M<j3_*  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 A7'bNd6f9  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 "-U3
=+  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 ]31$KBC  
   7 CC     -3.18613168 
>-<F)  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Ygx,t|?7  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 }N|\   
   7 CTE   0.600000E-04 oWD)+5.]  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' !Zj#
.6c9  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 6K//1U$  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 YKq0f=Ij  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 %]GV+!3S  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ('HxHOh2  
   7 PLASTIC P!>g7X  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR q2Rf@nt  
   8 CC     -0.98132904 IozNjII$:.  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 CgoXZX  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 w-dI<s  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 /hfUPO5  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 _FFv#R*4  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 pE(sV{PD  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 j]4,6`b\  
   9 CC     -5.54999790 {r{>?)O  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Loc8eToZ  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 )]}$   
   9 CTE   0.600000E-04 y^YVo^3  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' p|s2G~0<  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ?
1$\pq^  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7?"9J`*  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 P,`=]Y*  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 hOn  
   9 PLASTIC 4L
$};L  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR [U']kt  
   10 CC      0.92206943 q06@SD$   
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 D{3fhPNU<b  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5E.vje{U
;  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _0*=u$~R  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 X_!$Pk7ma  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 K]MzP|T,  
   11 CC     -0.42284721 th90O|;  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 )=Y-f?o!  
   11 CTE   0.720000E-04 O E]~@eU  
   11 GTB U    'OKP4            ' )Kr(Y.w  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 g!\QIv1D  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3m~U(yho  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 xT/9kM&}L  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ]Qc: Zy3  
   11 PLASTIC rSbQ}O4V  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR 6iyt2qkh  
   12 CC    -21.87743665 G*=H;Upi  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00
?Cc$]  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 LsnXS9_  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 gi '^qi2  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #W.bZ]&WA  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 hOV_Oqe4?  
   13 CC     -2.93101390 BHIM'24bp  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 )biX8yqhR  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 P0Aas)!  
   13 CTE   0.600000E-04 '2j~WUEmg  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' cUYX1a)8  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 z^"?sd  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Km%8Yw0+  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ayN*fiV]  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 vDWr|M%``l  
   13 PLASTIC MR[N6E6Mg  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR x9TuweG  
   14 CC     16.95417460 miWw6!()  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !(}OBZ[*  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 .!9Vt#  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 P%ye$SASd  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  hgNY[,  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR e-1;dX HL  
END z)r8?9u  
wX@H &)<s  
另一种广角镜头： _8Pmv$   
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。 ?
#x'_2  
`AB~YX%(  
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 uT#Acg  
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。 oM-b96  
e?|d9;BO  
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。 Z^6A_:]j  
{-~05,zE  
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。 7cy+
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dVij <! Lu  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。