[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。 BS(jC  
q3C  
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： Kg`P@  
uIBN !\j  
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。 [5tvdW6Z&  
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： c\/-*OYr<  
2|ej~}Y  
Uz~B`  
镜头文件： UA4c4~$S  
RLE T?RN} @D  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH \iaZV.#f  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 (H"{r  
APS               5 h=\1ZQKC)  
UNITS MM Zu2`IzrG#  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 /GX
>L)  
]=9 d'WL  
   0 AIR ay|jq"a  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR g9CedD%40  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 pU'${Z~b  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 Nu3gkIz5z-  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR u80C>sQ  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 HDTA`h?t;  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 3Gr"YG{,  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     dm]g:KWg  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR Hzj8o3  
END w,up`W7,  
(>E/C^Tc%  
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。 ("F$r$9S  
E)`0(Z:E  
CORE 16 q*5L",  
DSEARCH 2 QUIET zA}JVB  
USE CURRENT 5 ALL M$Bb,s  
''D7Bat@  
GOALS I?E+  
ELEMENTS 5 ]uF7HX7
F  
FNUM 2 1 wEwRW  
BACK 10 SET [PB73q8  
STOP MIDDLE cJbv,RV<  
STOP FREE Th
u_`QP^  
ASPH Q Z,/^lg c,  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 vH-|#x~  
FOV .2 .4 .6 .8 1 (X-( WMsqQ  
DELAY OFF |vm-(HY!  
NGRID 6 }h1LH4  
SNAP 10 _'17C/  
PLASTIC 5 7 9 11 13 (+;D~iN`k  
!QUICK 30 40 ,A7:zxnc.V  
ANNEAL 50 10 Q s,f2[6\Y  
NPASS 50 G[]%1 _QCO  
END >N2kWSa  
SPECIAL AANT Fx}v.A5  
ACC 10 1 1 D\+x/r?-I  
ACA 70 1 10 '
`c \Dq  
LUL 90 .1 1 A TOTL ] Ok &%-  
END $]xH"Z%"  
GO 2O@ON/  
*3E3,c8{A  
jA;b2A]G  
8+dsTX`|S  
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 n0gjcDHQ  
`GBJa
k  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 a%BC{XX  
w'A*EWO  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 |f$ws R`&  
=,q/FY:  
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。 pfIK9>i  
ks("( nU  
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： )m3emMO2  
eY`9J4o'  
?Fa$lE4  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 W`JI/  
c^'bf_~-W  
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。 Oi& 9FS  
<dE~z]P  
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。 ==?%
]ZE8  
7VZ^J`3  
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 c(vi,U-hC  
APS -9 3!@&7@p  
CSTOP PPrvVGP   
WAP 2 B8T5?bl  
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。 qGR1
$\]  
 0%,W5w  
v(JjvN21  
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。 PWvTC`?  
ws,?I
mA  
1I'}Uh*  
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。 G7,v:dlK   
uEr.LCAS  
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。 h(}#s1Fzq  
W7~_XI  
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） muF&t'k  
*L>usLh  
5>CeFy  
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。 RT'5i$q
[  
v,
N!cp1  
-:L7iOzgD  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 !IC .0I`  
RLE wRwx((eb  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 v6aMYmenBH  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           'cQ`jWZQ  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' =? q&/ cru  
MERIT   0.617523E-03
Vu~fF@ |  
LOG        4 /i Xl]<  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 )PU\|I0|)e  
APS              -9 0{o 8-#  
CSTOP hZUS#75M5  
WAP                2 TQ/#  
UNITS MM   X,o ]tgg=  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         #\Q)7pgi.  
{/?{UbU  
   0 AIR p>pAU$k{O  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR JPT&!%~  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 M_7
5bU  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 z=jzr=lP  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR U;.cXU{  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 tC f@v'1t  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 UQ^ )t ]  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR p"cY/2w:j  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 sZqi)lo-s  
   5 CC     15.35107422 \[+':o`LH  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 G8^b9xoA+.  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 :t+LuH g  
   5 CTE   0.650000E-05 )0;O<G] d  
   5 GTB U    'AD-5503         ' FEa%wS{  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 lu1T+@t  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Ja\B%f  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {=R vFA  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 X/Fip0i  
   5 PLASTIC /~<Przw  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR "6?Y$y/wm  
   6 CC     -1.63833609 nu|odP  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 f'S0"  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 NH1|_2  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 4HXNu,T'  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 &.0wPyw  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 <sGioMr  
   7 CC     -3.18613168 "b
O]AG  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 !$o9:[B  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ,Qe`(vU*s  
   7 CTE   0.600000E-04 )=,;-&AR  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' 1BzU-Ma  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 DshRH>7s8  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ?* dfIc  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *qIns/@  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 9 &Od7Cn  
   7 PLASTIC mA3yM#  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR !-gOqo  
   8 CC     -0.98132904 *K=me/ 3  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 hJ V*  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 mP)im]H  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 "r{ ^Y??  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 UZc{ Av  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 ue}lAW{q  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 @|~D?&<\  
   9 CC     -5.54999790 a4!6K  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 jBd9 $`  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 )jRaQ~Sm  
   9 CTE   0.600000E-04 _Q\u-VN*hv  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' nZS*"O#L  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 pQ+4++7ID  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00  YwB\kN  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2 BwpxV8  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 @L^30>?l  
   9 PLASTIC cFG%Ew@  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR :3*0o3C/  
   10 CC      0.92206943 /#?i+z   
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 :w c.V  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &T-udgR9  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Hn(L0#Oqy  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 IAn/?3a~  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 nHL(v  
   11 CC     -0.42284721 4T#Z[B[  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 ;,LlOR  
   11 CTE   0.720000E-04 gCS%J40r  
   11 GTB U    'OKP4            ' P1QGfp0-J  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^`!EpO>k9  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #EU x1II  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 QGd"Z lQ  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 5 %aT  
   11 PLASTIC UbV} !  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR {R.@EFkZ  
   12 CC    -21.87743665 jvos)$;L-  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 [kq+a]q  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 %"RgW\s[R  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00  !.k  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !ly]{DTmm  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 $f<Rj/`&  
   13 CC     -2.93101390 F%QVn.  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 uU00ZPS*G[  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 7J2i /m  
   13 CTE   0.600000E-04 PfVjfrI[  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' zc-.W2"Hu  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 <:BhV82l  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Lv ,Ls  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <)(STo  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 eJ!a8
 
   13 PLASTIC ~A=Z/46*Z  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR P/FO,S-V  
   14 CC     16.95417460 iPJZ%  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 L$FLQyDR  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 cB7=4:U  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Iih~rWJ  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 O-vvFl#4  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR 5lC"10  
END 1)M>vdrP  
K]q OLtc  
另一种广角镜头： P A9 ]L
 
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。 a4! AvG  
n2H2G_-L[  
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 a8%/Xwr~  
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。 ~Hs a6F&F  
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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。 *(x`cf;k  
rf8`|9h"7  
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。 `riK[@  
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ACMO  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。