[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。 aQ!QrTua-  
o;'E("!<Z  
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： pK`1pfih  
 NOY`1i  
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。 (rKyX:Vsy  
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： y;Ez|MS   
Xir ERc.e  
r]q;>\T'  
镜头文件： d]A.=NAc  
RLE rR Kbs@1M  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 7bV(eV  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 pbCj ^  
APS               5 CdBpz/  
UNITS MM vEy0DHEE  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 Wd`*<+t]  
 yqH  
   0 AIR TWzlF>4N  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR yMG(FAyu  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 [^Z)f<l  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 @%lkRU)  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR j_I[k8z  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 ]& 8c 45c  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 J.EBt3  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     2[Ofa(mkkp  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR y^!>'cdV  
END 
GLO%>&  
1NAGGr00  
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。 O2pntKI  
r'
J="^k{  
CORE 16 ?F6L,  
DSEARCH 2 QUIET ?"F9~vx&G  
USE CURRENT 5 ALL ,`Keqfx  
gmUXh;aHc  
GOALS ?rm3Iac0S  
ELEMENTS 5 Ln'y 3~@  
FNUM 2 1 zqHG2:MN"  
BACK 10 SET  \gsJ1@  
STOP MIDDLE zif&;)wV/  
STOP FREE ZUyS+60  
ASPH Q F50l->F2&  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Sj ly]  
FOV .2 .4 .6 .8 1 '[Sm w'n6-  
DELAY OFF LR "=(  
NGRID 6 lw]uH<v  
SNAP 10 Ucx"\/"  
PLASTIC 5 7 9 11 13 oF0DprP@  
!QUICK 30 40 U{\9mt7b!  
ANNEAL 50 10 Q ["O_Phb|  
NPASS 50 o%b6"_~%3  
END ~6"=d  
SPECIAL AANT |oWl9j]Z  
ACC 10 1 1 4U8N7  
ACA 70 1 10 eRqPZb"6MR  
LUL 90 .1 1 A TOTL r|63T%q!  
END 4se6+oJe  
GO f,|g|&C  
$>8O2p7W  
J9*i`8kU.  
qfkdQ/fP  
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 XU`ly3!  
lak,lDt]  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 Jc7}z:UB  
s{Og3qUy  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 Pn,>eD*g  
)Q 5 x
%  
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 ~<.{z]*O  
J-|&[-Z  
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： 3(Ns1/;?,  
y|0!sNg  
bv;.6C(T<  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 ~?4BP%g-y  
W ]$/qyc&J  
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。 4ClSl#X#i  
p"
FWAC
!  
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。 A0>r]<y  
MgP&9  
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 `W>Sss  
APS -9 m68>`  
CSTOP 3-=AmRxW't  
WAP 2 P5
H_iH  
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。 ymp ik.'  
[dR#!"6t  
UT5xUv5'  
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。 6g\hQ\+Z}  
a)4%sX
*I  
jJaMkF;f  
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。 l1#.rg  
H+562W  
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。 ek.@ 0c  
Q_Br{ `c  
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） `rXb:P7m{j  
Zb&pH~ 7  
vsyg u  
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。 +?
W4ac1  
$bD`B'5  
C0K: ffv;<  
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。 @}19:A<'  
RLE z(8G=C  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 e/_QS}OA  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           Fc80HK5R  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' gTgoS:M"_O  
MERIT   0.617523E-03 :5['V#(o  
LOG        4 AN6Q~%,  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ok [_Z;  
APS              -9 Y+o\?|q-E  
CSTOP Gov.;hy  
WAP                2 V%)Tu{L  
UNITS MM   mBJr*_p  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         ' tHa5`  
j>e RV ol  
   0 AIR dC8}Ttc}  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR /D1Lh_,2  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 ;c)( 'k<  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 @ZjO#%Ep/  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR !Vg=l[  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 $+f=l~/s  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 _;U%`/T b  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR Ssuz
%*  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 a|=^   
   5 CC     15.35107422 zH Z;Y^{+  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 a??8)=0|}  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 UlXxG|  
   5 CTE   0.650000E-05 Ue60Mf
  
   5 GTB U    'AD-5503         ' WR`NISSp  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 (hdu+^Qj=  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~bm'i%$k  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 oPF]]Imu  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 jDqG9]  
   5 PLASTIC ,~&HL7v  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR 7)Vbp--b#  
   6 CC     -1.63833609 Z\Ur F0  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ."=p\:^j*  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 R|'W#"{@  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $.kJBRgV*  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 [FrLxU  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 n}[S  
   7 CC     -3.18613168 L@/IyQ[H1  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 gpf0-g-X  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 }% q-9  
   7 CTE   0.600000E-04 nw%9Qw  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' -aVC`  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 A)3H`L  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Q!qD3<?5  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !`RMXUV  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 X[r0$yuE  
   7 PLASTIC c?EvrtND  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR 9]w?mHslE  
   8 CC     -0.98132904 IQ_s]b;z  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 G"E_4YkJ  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 X?[ )e  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 S4 Uu/EX6S  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 mB"I(>q*M  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 Jy%?"wn  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 A"&<$5Q  
   9 CC     -5.54999790 ni%)a  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386  >(ip-R  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 xlJWCA*>  
   9 CTE   0.600000E-04 %+Ze$c}X  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' DE/SIy?  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *j&)=8Y|   
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |k90
aQO  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 C$PS@4'U  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 wB[f%mHs  
   9 PLASTIC 0V>HoH  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR znTi_S  
   10 CC      0.92206943 OVDuF&0  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ]S[/a  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 irD5;xk([  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^ex\S8j  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 :,aY|2si  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 o}114X4q;  
   11 CC     -0.42284721 p? o[+L<  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 `3i>e<m~  
   11 CTE   0.720000E-04 F
c5t,P  
   11 GTB U    'OKP4            ' y42Cg  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 }URdoTOvb  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 gAdqZJR%]  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 "W%YsN0  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 J|f29B-c  
   11 PLASTIC +71<B>L   
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR
/
CNsGx%%  
   12 CC    -21.87743665 *$-X&.h[  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 0Q&(j7`^@  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 >x;\H(g  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 JOY&YA$U  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 G@`F{l  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 oH%[8!#  
   13 CC     -2.93101390 "Mj#P9  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 )wM%Ul<s  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Lo!hyQ)  
   13 CTE   0.600000E-04 M['O`^  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' VZWo.Br'W  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 N~8H\  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `hj,rF+4  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 A5yVxSF  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 2@6@|jRG  
   13 PLASTIC XlU\D}zS  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR e6j1Fa9  
   14 CC     16.95417460 Mg`!tFe3  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 "x=\mA#`  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -9t"
$)&  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Tt)z[^)%  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 T{C;bf:Q  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR -t|/g5.w_  
END 3Xu|hkK\e  
;F"!$Z/  
另一种广角镜头： >z\IO  
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。 O68-G   
Qs,\P^n  
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 kPs?  
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。 )C8^'*!  
e`qrafa  
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|>jj$/o  
XY'8oU`]{  
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'`{#bKD  
eW(pP>@k,  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。