[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。 )X8N|W>vh  
a!;#u8f  
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： 0XA0b1VX  
`9
|Uu#x  
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。 }8`>n4  
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： 65rf=*kz:  
r<Q0zKW!jN  
jQ-2SA O  
镜头文件： *\`<=,H6<  
RLE h)z2#qfc  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH ,!P}Y[|  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 D@c@Dt  
APS               5 STPRC&7;  
UNITS MM 2M+*VO  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 5>~D3?IAd  
bE3mOml  
   0 AIR ^RYq !l$  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR Iq 0ew  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 `A8ErfA  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 9d!mGnl  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR 4Ujy_E?^  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 F]s:`4  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 ;ssI8\LG  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     J_9[xmM  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR f5/s+H!  
END
4EaxU !BT  
{*K$gH$  
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。 S7~HBgS<  
6r`Xi&  
CORE 16 Xx\,<8Xn  
DSEARCH 2 QUIET
CW]Th-xc  
USE CURRENT 5 ALL eK}GBBdO  

?MS!t6  
GOALS K@a#^lmd  
ELEMENTS 5 1Afy$It/{  
FNUM 2 1 ^@Z8_PZo  
BACK 10 SET be?Bf^O>  
STOP MIDDLE i>dFpJ  
STOP FREE Z{?T1 =n  
ASPH Q  "+Sq}WR  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 %al 5 {  
FOV .2 .4 .6 .8 1 )mjGHq2  
DELAY OFF "akAGa!V+  
NGRID 6  {@k , e  
SNAP 10 @ 'U`a4  
PLASTIC 5 7 9 11 13 =T1Xfib  
!QUICK 30 40 q4,/RZhzh  
ANNEAL 50 10 Q WuTkYiF  
NPASS 50 8]rObT9>  
END G#A6<e/  
SPECIAL AANT VmRfnH"  
ACC 10 1 1 Z$zX%w  
ACA 70 1 10 r`<x@,  
LUL 90 .1 1 A TOTL +[4y)y`  
END xC}'"``s  
GO vG\ b`  
<`wOy[e  
<qEBF`XP=  
7z
Ifsb  
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>bARK<  
'pB?  
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。 zL'S5'<F|  
$8SSu|O+x  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 5".bM8o  
2<:dA >1  
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。 }>V
=J aG  
Gl[1K/,*  
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： qVH.I6)  
9<3fH J?vq  
$1Zr.ERL|(  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 KVUub'k  
<RtyW  
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。 16 \)C/*  
2 )3oX  
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。 kE|x'(x  
7>0u N|  
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 yO,Jgn  
APS -9 #^R@EZ  
CSTOP ]>%2,+5  
WAP 2 o$V0(
1N  
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。 yrl7  
e,lLHg  
=6'bGC%c  
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。 ck3+A/ !z  
62y
:i  
%d%?\jVb  
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。 %~8f0B|im  
Z:es7<#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。 ]@#wR  
^ meU&  
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） ]qu6/Z  
)=MK&72r  
" Up(Vj@  
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。 R.Fl5B  
1i_%1Oip  
,2+d+Zuh  
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。 MNb9~kM  
RLE uXLZ!LJo
 
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 T?6<1n
U)  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           e6 x#4YH  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' DS>&|zF5l  
MERIT   0.617523E-03 mH4u@aQ}  
LOG        4 2oRwDg&7|  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 %<[{zd1C-  
APS              -9 `~"'\Hw  
CSTOP >5"e<mwD7d  
WAP                2 Un,'a8>V`  
UNITS MM   5??}9  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         S]~5iO_bst  
q9{)nU  
   0 AIR /!A"[Tyt  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR !.q9:|oc  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 AI#.+PrC{/  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 "5O>egt  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR EltCtfm`  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 qSG0TWD!pq  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 }4H}*P>+  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR "#-iD  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 jYFmL_{  
   5 CC     15.35107422 !MOsP<2  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 96
QY0  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 _)!*,\*`{  
   5 CTE   0.650000E-05 Dj'?12Onu=  
   5 GTB U    'AD-5503         ' &}7R\co3  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 0GeL">v,:=  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 VBF:
MAA  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Ip=QtNW3\  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 XMT@<'fI  
   5 PLASTIC QV:> x#=V  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR @xa$two  
   6 CC     -1.63833609 9p3~WA/M@  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 R){O]<+  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;in-)`UC!  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2nCc(F&+?
 
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Zf<T`'_d  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 ~>lqEa  
   7 CC     -3.18613168 J5HK1  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 3&AJN#c  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 q*` m%3{  
   7 CTE   0.600000E-04 ~ss6yQ$  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' JS%LJ_J  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 B@i%B+qCLv  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ]4c+{  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~LV]cX2J(  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 j4=iHnE;  
   7 PLASTIC Ddg!1SF  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR .Wy'  
   8 CC     -0.98132904 |m"Gr)Gm  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 r hucBm  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 E?P>s T3B  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 >(.|oT\Tb  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 <f8j^  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 xsJXf @  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 EK"/4t{L_  
   9 CC     -5.54999790 87+fd_G  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 ckY#oRQ1  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 B>!mD{N  
   9 CTE   0.600000E-04 <4vCx  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' Q*PcO\Y!y  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Q
kD
 ~  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 gH'hA'  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 [R%*C9Y d  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !3k-' ),z&  
   9 PLASTIC ``:[Jr&  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR K|-m6!C!7  
   10 CC      0.92206943 "B (?|r%  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 \ f+;X  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5 D^#6h 4  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 fd>{UyU  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 rM A%By^L-  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 *!&?Xy%\"j  
   11 CC     -0.42284721 l9a81NF{s  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 J@_^]  
   11 CTE   0.720000E-04 vn$=be8l4  
   11 GTB U    'OKP4            ' }s<;YC  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^GY^g-R  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Y!_c/!Tx  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 h`N2M,  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *p\Zc*N;%  
   11 PLASTIC YF-E1`+?<  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR dEKu5GI  
   12 CC    -21.87743665 tNzO1BK  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ui#nN  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 .-tR <{ g  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 FP=- jf/  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 xlwf @XW  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 ZZo<0kDk  
   13 CC     -2.93101390 u$[8Zmgzz  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 'hBnV xd&  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 SF-"3M  
   13 CTE   0.600000E-04 2!B|w8ar  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' 'ZMh<M[  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 [j'!+)>_  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 S 4 17.n  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <%uEWb)  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 k@|px#kq  
   13 PLASTIC $RYGAh  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR ij-'M{f  
   14 CC     16.95417460 CV"}(1T  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !PEKMDh  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7A(4`D J  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 p$1 'e,G  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 v8yC
f7+"  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR HSG Ln906  
END v(.mM9>  
Bt@?l]Y  
另一种广角镜头： 6&SNFOX{@  
在本章的第一部分中，我们观察到，超过90度的输入角需要一个定制的前端，其目的是将主射线的角度减小到一个更易于控制的值，以便光线能够通过。但如果这个领域的角度小于90度，工作就简单多了。 N}B&(dJ  
QH(&Cu,  
点击打开 C45M2，我们使用 DSEARCH 本身，没有添加前端，并指定广角校正参数(WAC)为50度，此镜头的最大视场角为86度而不是92.4度 TCyev[(  
本例中，搜索统计显示，待分析的128例中，共有59例由于光线追迹失败而跳过。如果在不带WAC参数的情况下运行这个宏，程序将跳过128种情况中的125种。不要跳过用例总是一个好主意，因为有希望的配置可能会被错过。当你用 DSEARCH 搜索最佳镜头设计时，WAC参数是你可以尝试的另一个参数。 TU~y;:OJ  
N^oP,^+U  
镜头仍然需要额外的工作，正如之前所做的，但重点是，有了这个稍微减少的视场角，工作更简单，不需要像我们上面做的那样对前端元素进行初步的计算。 )$E){(Aa  
v0 :n:q  
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。 SEzjc ~@3  
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除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。