[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。 j7d;1 zB+G  
[=Z{y8#:J  
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： { \ePJG#  
U`Zn*O~/
 
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。 ]Oy<zU  
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： 5f5ZfK3<i  
@oEDtN
  
<fJ\AP5  
镜头文件： #5D+XBT  
RLE
=FnZkJ  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH [xPE?OD  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 f"Iyo:Wt  
APS               5 ?<;<#JN  
UNITS MM `9-Zg??8r  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 *C BCQp[$  
8'_Y=7b0Nw  
   0 AIR T!PX?  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR 9:>K!@  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 rx/6x(3  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 m5Kx}H~  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR F?B=:8,}  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 br
Wt  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 YLGLr@:q  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     TTpF m~?(  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR :+Kesa:E  
END -
+>am?  
BXY'%8q _a  
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。 sYpogFfV  
t3G'x1  
CORE 16 OxZ:5ps  
DSEARCH 2 QUIET B}X#oA  
USE CURRENT 5 ALL fsd>4t:"\  
w3>|mDA}I  
GOALS AHGcWS\,X  
ELEMENTS 5 K}BX6dA  
FNUM 2 1 ([~`{,sv  
BACK 10 SET }^7V^W  
STOP MIDDLE SO/]d70HG  
STOP FREE  4&D="GA  
ASPH Q 1tW:(~=a;  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 $Stu-l1e a  
FOV .2 .4 .6 .8 1 =6&D4~R  
DELAY OFF U5"OhI  
NGRID 6 &v,p_'k  
SNAP 10 7p6J
   
PLASTIC 5 7 9 11 13 :8rCCop Uv  
!QUICK 30 40 _ GSw\r  
ANNEAL 50 10 Q 3G^Ed)JvE  
NPASS 50 t;Om9  
END N&=2 /  
SPECIAL AANT q;.]e#wvh  
ACC 10 1 1 K8Zk{on  
ACA 70 1 10 sdQv:nd'R  
LUL 90 .1 1 A TOTL c ?XUb[  
END h>0<@UP  
GO vq1&8=  
u2-7vudh  
4sjr\9IDC  
-QDgr`%5  
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。 NCt sx /C  
yan[{h]EZ  
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。 D|9fHMg%  
)7g_v*  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 :g[x;Q[@  
~-wJ#E3g  
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。 rJp6d:M  
mcr#Ze  
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： 7G/|e24  
MXk. 2  
9P
K-r;2  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 389.&`Q%Ut  
Eu.qA9,@U  
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。 +|)1_NK  
z/k~+-6O  
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。 KxmPL  
z.&%>%TPP  
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
A5<Z&Y[  
APS -9 myOX:K*  
CSTOP ^jjJM|a  
WAP 2 UQ])QTrZFi  
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。 eZ5}O0sfp  
[.xk
 
wn|@D<  
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。 :;q_f+U  
g*?+~0"`Y  
c_$&Uii  
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。 'O2#1SWe  
*M<BPxh0w]  
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。 tW"ptU^9)
 
(L:Fb  
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） w<>6>w@GZ  
iz>y u[|  
|\n)<r_  
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。 s8Ry}{  
C=aj&  
DT"Zq  
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。 Z F yX@#B9  
RLE %^?3s5PXD  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 f@Rpb}zg+C  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           7M#$: Fdb  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' +bc#GzVF  
MERIT   0.617523E-03 ]
VG84bFm  
LOG        4 ]RXtC*  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 nR@,ouB-$  
APS              -9 e(=~K@m  
CSTOP JlDDM %  
WAP                2 ?WQd  
UNITS MM   #w,WwL!  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         U]!.~ji3  
x"llX  
   0 AIR N[x@j)w-`  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR PMN2VzE4{  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 J={OOj  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 Uq]EJu  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR g t^]32$  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 g\\1C2jG  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 nl-t<#z[  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR ;;w6b:}-c  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 WW[`E  
   5 CC     15.35107422 ELrZ8&5G  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 ]Z$TzT&@%  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 '6.>Wdd  
   5 CTE   0.650000E-05 vJj:9KcP>h  
   5 GTB U    'AD-5503         ' h%1~v$W`  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ]o[X+;Tj|  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 9!xD~(Kr  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 H#|Z8^ *Ds  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 I*:qGr+ WJ  
   5 PLASTIC I`"-$99|t1  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR +\k9w.[:/  
   6 CC     -1.63833609 (o*e<y,}W  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ]D?# \|  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 WpJD=C%  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 RQo$iISwy  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Iu-'o  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 l~fh_IV1  
   7 CC     -3.18613168 esh$*)1  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 zr3q>]oma  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 k_K,J6_)  
   7 CTE   0.600000E-04 ovQS ET18b  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' ~}$\B^z+  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 OAW=Pozr9  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |C$:]MZx  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 % U
W=:  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 1#>&p%P!  
   7 PLASTIC tKG;k"wk  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR 9raHSzK@d  
   8 CC     -0.98132904 @)OnIQN~  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Q\o$**+{  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5Cc6, ]  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 g,n-s+
 
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 om".j  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 BcZEa^^~os  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 d7W%zg\T
 
   9 CC     -5.54999790 FylWbQU9  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386
-GDV[Bg  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 vx\nr8'k  
   9 CTE   0.600000E-04 *Nvy+V  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' &\[Qm{lN  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 6P%<[Z  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 lFiq<3Nk  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;f".'9 l^
 
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 mD D4_E2*  
   9 PLASTIC DL'd&;6  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR B#HnPUUK  
   10 CC      0.92206943 lnC!g
 
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 BG
B,Gb  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6?%]odI#  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 U;';"9C2>  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 457fT|  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 dr|| !{\  
   11 CC     -0.42284721 \g~ws9'~  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 'v'` F*6  
   11 CTE   0.720000E-04 U9<_6Bsd  
   11 GTB U    'OKP4            ' b(q$j/~ zb  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 F3r S6_  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 I6K7!+;2  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #2Ac  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *TJBPM,  
   11 PLASTIC /Qr
A8  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR .HyjL5r-  
   12 CC    -21.87743665 5c<
b|  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 IS
peV  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 l*QIoRYFW  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00  AGh~8[  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 bHO7*E  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 hX0RET  
   13 CC     -2.93101390 |tG05+M  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 !c\7  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 z8g=;><  
   13 CTE   0.600000E-04 K{|w 43>D  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' (d54C(")  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 L5R `w&Up  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
K1;zMh  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3|q2rA  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 &K06}[J  
   13 PLASTIC vkd *ER^  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR "=9-i-K9B  
   14 CC     16.95417460 *]Fg
fttES  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 O-i4_YdVt  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <"N:rn{Qq  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 U%Dit  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 $RpFxi  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR DD2adu^  
END lrCm9Oy  
'^hsH1  
另一种广角镜头： )r=9]0=  
在本章的第一部分中，我们观察到，超过90度的输入角需要一个定制的前端，其目的是将主射线的角度减小到一个更易于控制的值，以便光线能够通过。但如果这个领域的角度小于90度，工作就简单多了。 *f{7  
{":c@I  
点击打开 C45M2，我们使用 DSEARCH 本身，没有添加前端，并指定广角校正参数(WAC)为50度，此镜头的最大视场角为86度而不是92.4度 YFG-U-t3  
本例中，搜索统计显示，待分析的128例中，共有59例由于光线追迹失败而跳过。如果在不带WAC参数的情况下运行这个宏，程序将跳过128种情况中的125种。不要跳过用例总是一个好主意，因为有希望的配置可能会被错过。当你用 DSEARCH 搜索最佳镜头设计时，WAC参数是你可以尝试的另一个参数。 5$anqGw  
P=2wkzeJj  
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。 t5%T
S:u  
6j_ 678  
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。 x,w8r+~5  
|4=ihB9+  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。