[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。 T?4I\SG  
@ L=dcO{r  
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： uD0<|At/  
%7wNS  
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。 \i.Yhl:O  
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： /\wm/Yx?S  
0|chRX  
X~VJO|k pz  
镜头文件： wfMtWXd;KB  
RLE Vb++K0CK  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH Uaz$<K6  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 U3tA"X.K  
APS               5 1"fbQ^4`  
UNITS MM U{Xx)l/o  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 @s%!R  
,3,(/%=k  
   0 AIR AM:
lU  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR v*lj>)L  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 6V&HlJH  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 w7e+~8|  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR INF}~DN]  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 T$pBgS>  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 p02E:?  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     "V3f"J?  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR ]m=2 $mK  
END 2_C&p6VGj  
;56mkP  
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。 XNaiMpp'  
I=c}6  
CORE 16 RA3!k&8?#  
DSEARCH 2 QUIET wqE+hKs,  
USE CURRENT 5 ALL =%ry-n G  
"eH.<&  
GOALS 7\<}378/^  
ELEMENTS 5 P^-daRb  
FNUM 2 1 di|5|bn7  
BACK 10 SET Y q(CD!  
STOP MIDDLE /DE`>eJY  
STOP FREE j= vlsW  
ASPH Q w(cl,W/w  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 bPMkBm  
FOV .2 .4 .6 .8 1 Rdj/n :  
DELAY OFF P~9y}7Q\0  
NGRID 6 U6Xi-@XP  
SNAP 10 S&z8-D=8k  
PLASTIC 5 7 9 11 13 TYu(;~  
!QUICK 30 40 SadffAvSA{  
ANNEAL 50 10 Q BWev(SF{Ny  
NPASS 50 b75en{aDi*  
END }WM!e"  
SPECIAL AANT +et)!2N  
ACC 10 1 1 Xd@_:ds  
ACA 70 1 10 4&}dA^F  
LUL 90 .1 1 A TOTL e;r?g67  
END )D8V;g(7F  
GO Yue#  
4VI'd|Ed  
~`!{5:v  
Y8@TY?  
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。 $e/[!3CASP  
7&Qf))L  
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。 ;Sw%t(@  
,4Qct=%L_  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 5o2vj8::  
aF5=k:k  
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。 O]-s(8Oo3  
_2wH4^Vb  
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： /PTk296@  
Ojs^-R_  
M0Vs9K=  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 <}n"gk1is  
Nny#}k Bt  
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。 V4tObZP3Ff  
WOR H4h9  
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。 c7f11N!v>b  
QvvH/u  
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 BaXf=RsZ  
APS -9 g$9EI\a  
CSTOP 9Pjw<xt  
WAP 2 /4%ycr6  
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。 6< @
F  
w+G+&ak<  
lm\~_ 4l1  
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。 %}1v-z  
?r/)s()ALf  
VB&`g<  
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。 o8!uvl}:9  
7>!Rg~M  
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。 *di}rQHm  
\>lDM  
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） g#s hd~e  
r"_SL!,^  

PsCr[\Ul  
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。 U2HAIV8  
M\6u4p!G!  
*7
UDTgY  
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。 ix!4s613w  
RLE f0]`TjY  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 .XPPd?R  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           tA{?-5  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' tr-muhuK  
MERIT   0.617523E-03 Xot2L{EIUE  
LOG        4 =5u;\b>*  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 /6yH ,{(a  
APS              -9 >@uFye$  
CSTOP = @n`5g  
WAP                2 m(p0)X),_i  
UNITS MM   /\u1q<  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         w i=&W  
]B=2r^fn  
   0 AIR l$DQkbOj  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR %W,V~kb  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 W $EAo+V  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 UMj8<Lq)j  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR #xfPobQ>il  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 'q, L*  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 -cs$E2 -  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR "
HrZv+{  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 H-5h-p k  
   5 CC     15.35107422 OoOr@5g  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 
Hwiftx  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 h7cE"m  
   5 CTE   0.650000E-05 -cL wjI  
   5 GTB U    'AD-5503         ' *!&,)
''  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 8Q\ T,C  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 vCsJnKqK  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }-2U,Xg[  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ql(~3/kA_  
   5 PLASTIC bm#/ KT_8  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR B'!I{LC  
   6 CC     -1.63833609 z-G*:DfgH  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 <jIuVX  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 35Cm>X  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 /\d@AB^5I  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 w*krPaT3  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 meArS*d  
   7 CC     -3.18613168 qz&?zzz;  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 h}yfL@  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 +5qY*$dn  
   7 CTE   0.600000E-04 (;cvLop  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' CjZIBMGc  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 JE ''Th}  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 S- JD}+9  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 'A)9h7k}  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  re@;6o  
   7 PLASTIC `*w!S8}m;  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR _l{_n2D-  
   8 CC     -0.98132904 O2N~&<^  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ~__rI-/_  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Gc2:^FVlh  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 B(,j*,f  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 (=t41-l  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 Z^6qxZJ7  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 :@K~>^+U  
   9 CC     -5.54999790 fO,m_ OR:)  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 3%YDsd vQx  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Q1[EiM3  
   9 CTE   0.600000E-04 (\M+E tU<9  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' UKzXz0  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 M{Hy=:K+  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 dr^MW?{a\  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 H-jxH,mJmW  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 <Xb$YB-c  
   9 PLASTIC cd]def[d  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR *Z2#U?_  
   10 CC      0.92206943 @H61^K<  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 CM4#Nn=i~  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 rHJtNN8$k  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 [BuAJ930#5  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 tqzr+  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 b0uWUI(=  
   11 CC     -0.42284721 YWhp4`m  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 uL |O<  
   11 CTE   0.720000E-04 grTwo  
   11 GTB U    'OKP4            ' sPRo=LB  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 j71RlS73  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 n |Q'>  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 g [c^7  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 67]!xy  
   11 PLASTIC ie}?}s  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR DMiB \o  
   12 CC    -21.87743665 Aga{EKd  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 z@U5  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8]&\FA8  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 C(&3L[  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 9F2MCqvcm  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 {;+9A}e  
   13 CC     -2.93101390 #BwOWra  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 +%?\#EQJ  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 s7s@!~  
   13 CTE   0.600000E-04 u+qj_Ej  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' X.[8L^ldh  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Tzr'3m_  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2 sK\.yS  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <b_?[%(u  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Ah_0o_Di  
   13 PLASTIC o?S


!o}  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR ?b xak  
   14 CC     16.95417460 ca,U>'(y  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !NTt'4/F{  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !xE@r,'oN  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 J=Hyoz+9  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 li9>zjz  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR 5#Et.P'  
END
{!xDJnF;  
x,UP7=6  
另一种广角镜头： kerBy
\^  
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。 f[-$##S.~  
4%5 +  
点击打开 C45M2，我们使用 DSEARCH 本身，没有添加前端，并指定广角校正参数(WAC)为50度，此镜头的最大视场角为86度而不是92.4度 + I4s0  
本例中，搜索统计显示，待分析的128例中，共有59例由于光线追迹失败而跳过。如果在不带WAC参数的情况下运行这个宏，程序将跳过128种情况中的125种。不要跳过用例总是一个好主意，因为有希望的配置可能会被错过。当你用 DSEARCH 搜索最佳镜头设计时，WAC参数是你可以尝试的另一个参数。 TV~S#yg+H  
La r9}nx0  
镜头仍然需要额外的工作，正如之前所做的，但重点是，有了这个稍微减少的视场角，工作更简单，不需要像我们上面做的那样对前端元素进行初步的计算。 W~Q;R:y  
S@cKo&^  
在本练习中我们没有使用曲率或厚度求解，因为超广角镜头的常见问题是试图避免光线追迹失败。虽然使用解在数学上具有完美的意义，但它们可能会导致这种镜头出现问题。 此外，在设计基本完成之前，我们没有使用真正的光瞳。 真实光瞳搜索功能是强大的但不可靠，并且利用这种大角度光线和非球面系数，很容易没有解。所有这些都可以通过使用无瞳设计来避免，直到设计形状良好后再确定光瞳。 g[(Eh?]Sc  
A$-\Er+f  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。