[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。 *pq\MiD/  
v+XJ*N[W  
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： ^sw?gH*  
[WmM6UEVS  
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。 ;+%rw2Z,B  
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： #mF"1QW  
l**X^+=$  
&ncvGDGi  
镜头文件： L,\Iasv  
RLE }7Uoh(d  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH r@V!,k#S  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ^W^OfY  
APS               5 ;pAK_>
 
UNITS MM V88p;K$+  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 eFgA 8kY)  
3BI1fXT4=j  
   0 AIR K0~rN.C!0  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR It(_v  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 4 KiY6
)  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 dN q$}  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR K1KreYlF  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 By|4m  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 Xvu(vA  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     3`g^  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR *@5@,=d  
END <)9y{J}s:  
6Mf0`K  
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。 1zv'.uu.,  
0kh6@y3  
CORE 16 4s-!7  
DSEARCH 2 QUIET la!~\wpa  
USE CURRENT 5 ALL RZLq]8pM  
P:c w|Q  
GOALS ^q5#ihM  
ELEMENTS 5 K?;DMUSY\  
FNUM 2 1 zX[U~.  
BACK 10 SET u9e@a9c  
STOP MIDDLE @ Y+oiB~Y  
STOP FREE L!92P{K  
ASPH Q SUiOJ[5,  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 us-L]S+lm  
FOV .2 .4 .6 .8 1 t.<i:#rj>l  
DELAY OFF X?O[r3<  
NGRID 6 .v K-LHs  
SNAP 10 /^ts9:  
PLASTIC 5 7 9 11 13 I7onX,U+  
!QUICK 30 40 ytImB`'\  
ANNEAL 50 10 Q Txu/{M,  
NPASS 50 $Sq:q0  
END !$JT e  
SPECIAL AANT kiEa<-]  
ACC 10 1 1 HMXE$d=[  
ACA 70 1 10 :WEDAFq0  
LUL 90 .1 1 A TOTL 5pX6t  
END _BufO7`.  
GO t@(HF-4~=  
L(-4w+  
-).C  
_a, s )  
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 m67V_s,7B  
yi[x}ffdE  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 #!=tDc &  
97Vtn4N3  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。  mh%VrAq  
6tZI["\   
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 &=[WIG+rk  
*. t^MP  
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： ~%oR[B7=|  
g)-te+
?6  
C!gZN9-  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 CpN>p.kM  
 " bG2:  
现在需要进一步改进设计。运行 DSEARCH 产生的优化 MACro，镜头的性能变化很小。 8ag!K*\V<  
6Wn1{v0  
现在必须检查视场的像质。 在 PAD 中，单击PAD工具栏中的“扫描”按钮，然后观察到靠近曲面9的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中，我们必须控制它。 +@UV?"d  
)J |6-C  
由于我们改变了 YP0 的数量，目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果，但是现在我们必须把它放在那里。在 WS 编辑窗格中，我们输入 Z+SRXKQ  
APS -9 %b0*H_ok7  
CSTOP BtZyn7a  
WAP 2 }V>T
M{  
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 st*gs-8jJ;  
\V:^h[ad  
qs6aB0ln  
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 f$( e\++  
ooGM$U  
<@}9Bid!o  
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。 bt *k.=p  
}Z>)DN=+  
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。 M5B# TAybC  
reVgqYp{{-  
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） }]TxlSp!;  
t^HRgY'NjM  
9mgIUjz  
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。 G3]4A&h9v~  
0(Ij%Wi,  
$kgVa^  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 -&f$GUTJ  
RLE (hsl~Jf  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4
^aQ
"E9  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           ijcm2FJcG  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' c,22*.V/  
MERIT   0.617523E-03 +p^u^a  
LOG        4 V :eD]zq5  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 -di o5a  
APS              -9 YqG7h,F  
CSTOP l2d{ 73h  
WAP                2 AGno6
g  
UNITS MM   f::Dx1VcX  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         ,Q,^3*HX9}  
*I'yH8F
cn  
   0 AIR E4!Fupkpf  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR Al'3?  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 P2!C|SLK  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 ~ 1pr~  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR l~.-e^p?  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 *VeRVaBl  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 4YHY7J  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR [Q =Nn  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 H"KCK6  
   5 CC     15.35107422 ] - .aL  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 mq[ug>  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 2tLJU Z1  
   5 CTE   0.650000E-05 ]9XDS[<2`  
   5 GTB U    'AD-5503         ' }
%z  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 1}37Q&2  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :KN-F86i  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 r/sNrB1U"y  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 sGb{9.WK  
   5 PLASTIC =EIkD9u  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR G`zm@QL  
   6 CC     -1.63833609 |3%8&@ho  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ca}2TT&t  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 />Nt[o[r  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6#yUc_5 \  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .o8t+X'G  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 KgG4*<  
   7 CC     -3.18613168 zVD:#d%b  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 nie%eC&U  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 RyNs6  
   7 CTE   0.600000E-04 fatf*}eln  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' Bf:Q2slqI  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 a>)f=uS  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 i&k7-<  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 a6H%5N  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 -DCbko  
   7 PLASTIC qVPeB,kIz  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR !wp3!bLp  
   8 CC     -0.98132904 8] ikygt"  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 aP`P)3O6)1  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5?L<N:;J_  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7Qsgys#/=  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 5coZ|O&f8  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 0g\(+Qg^  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 v}(WaO#S  
   9 CC     -5.54999790 '2O\_Uz  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 d
\Zng!Z'  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 +*^H#|!  
   9 CTE   0.600000E-04 tjnIN?YT  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' I0a<%;JJW  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00
`"~%bS  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ??T#QQ
 
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 d %#b:(,  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `lPfb[b  
   9 PLASTIC $SE^S  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR X jX2]  
   10 CC      0.92206943 L-\GHu~)  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 D-4f.Tq4#  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 O~QB!<Q+  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 = f i$}>\  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 qw8Rlws%  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 g ci   
   11 CC     -0.42284721 frQ{iUx  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 6&-(&(_  
   11 CTE   0.720000E-04 Lp7SLkwh3M  
   11 GTB U    'OKP4            ' LDD|(KLR*.  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 7)k\{&+P  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Y<rU#Z#T  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ]7mt[2Cd  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 QIgNsz  
   11 PLASTIC ^H'\"9;7  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR jSAjcLR  
   12 CC    -21.87743665 Q|L~=9
 
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 %[yJ4WL  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 9E tz[`|  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Yrn)VV[)h  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 nLiY%x`S  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 W];dD$Oqg  
   13 CC     -2.93101390 V!dtF,tH  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 &I406Z f7y  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ?rup/4|  
   13 CTE   0.600000E-04 ##o#eZq:"  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' FE{FGMq  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 S+2(f> Z  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7!$^r$t  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 @]#1(9P  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 t_suF$  
   13 PLASTIC h=%_Ao
<x  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR @fV9 S"TcM  
   14 CC     16.95417460 6x|jPb  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |a%Tp3Q~  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2"S}bfrX  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 i@BtM9:  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 p6WX9\qS(  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR Ydy9  
END XGMiW0j0B  
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另一种广角镜头： wuqJr:q*#  
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。 p[lA\@l[  
8Bg;Kh6B  
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 &yol_%C  
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。 v6Vcjm  
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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。 S/I/-Bp~  
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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。 3<zp  
~| 6[j<ziL  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。