[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。 Ustv{:7v  
LqoB 10Kc\  
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： 6Z6'}BDP  
6S'yZQ|b  
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。 nJG U-Z  
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： ( iBl  
[LjT*bi  
@;zl  
镜头文件： /yDz/>ID\  
RLE !N\@'F!  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 7 S#J>*  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 *v jmy/3  
APS               5 55nlg>j  
UNITS MM 53;}Nt#R  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 |"X*@s\'  
p*R;hU  
   0 AIR f}#~-.NGs  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR 7u -p%eq2  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000
0U(@=7V  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 G\/zkrxmv  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR ^EtMxF@D  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 <Dl*l{zba  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 V%7WUq  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     Gv!2f  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR 9
-VNp;V
 
END a?I= !js  
?/
wm(uL  
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。 :}L[sl\R  
\+oQd=K@  
CORE 16 ]}<}lI9  
DSEARCH 2 QUIET ?Ny9'g>?  
USE CURRENT 5 ALL GfxZ'VIn  
$-OA'QwB]  
GOALS >a!/QMh  
ELEMENTS 5 Z, zWuE3  
FNUM 2 1 Go`vfm"S  
BACK 10 SET )al]*[lY  
STOP MIDDLE f O}pj:  
STOP FREE -/wtI   
ASPH Q 2@n{yYwy  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 }Sm(]y  
FOV .2 .4 .6 .8 1 s[RAHU  
DELAY OFF e/KDw  
NGRID 6 R$h<<v)%  
SNAP 10 {g'(~ qv  
PLASTIC 5 7 9 11 13 IA fcT!{  
!QUICK 30 40 g+8OekzB5  
ANNEAL 50 10 Q [SjqOTon{  
NPASS 50 ttaM.  
END i^/T  
SPECIAL AANT MD}w Y><C  
ACC 10 1 1 }kw#7m54  
ACA 70 1 10 EKYY6S2  
LUL 90 .1 1 A TOTL 9a[9i}_  
END yJ[0WY8<kC  
GO A]_7}<<N  
~dyTVJ$  
e[{0)y>=  
S*,17+6dV  
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。 gldAP:  
+C^nO=[E  
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。 Z\(q@3C  
iQ0KfoG?U  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 u4*BX&  
[$ubNk;!z  
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 #>a\>iKQ2q  
bt@< ut\  
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： Eh)fnqs_d}  
SJlr53  
PF0_8,@U  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 [CTnXb  
B5,N7z34F  
现在需要进一步改进设计。运行 DSEARCH 产生的优化 MACro，镜头的性能变化很小。 H-!,yte  
Ucb F|vkI  
现在必须检查视场的像质。 在 PAD 中，单击PAD工具栏中的“扫描”按钮，然后观察到靠近曲面9的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中，我们必须控制它。 ~V:\ _{mE  
(fhb0i-  
由于我们改变了 YP0 的数量，目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果，但是现在我们必须把它放在那里。在 WS 编辑窗格中，我们输入 DcS+_>a\{l  
APS -9 n.}ZkG0`  
CSTOP [DYQ"A=)d  
WAP 2 mn'A9er  
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 `{
gHA+B  
!K#qeY}  
HRpte=`q  
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 xW+6qtG`  
8%:Iv(UMk  
1wii8B6  
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 9v#CE!  
Mg+2. 8%  
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 YByLoM*  
wC"FDr+  
再次运行 MRG，这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑胶。设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） M^A48u{,"  
 X hR4ru`  
xKbXt;l2  
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 v<k?Vu  
T%+#xl  
y4yhF8E>;U  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 HH`'*$]7  
RLE {.`vs;U  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 )w em|:H  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           "%)qRe  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' SV4E0c>  
MERIT   0.617523E-03 :S]%6gb8G  
LOG        4 vN}#Kc\  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 W@>% {eE  
APS              -9 xl{=Y< ;  
CSTOP 7Y lchmd  
WAP                2 \eTwXe]Pv  
UNITS MM   LPXi+zj  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         ZT*ydln  
=<C:d  
   0 AIR P-[-pi@  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR UhF-K#Z9  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 /*~EO{o  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 +SzU  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR &/Z /Y ]  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 f^3*)Ni  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 a9e>iU  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR t mntp
 
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 2F
[ q
).  
   5 CC     15.35107422 E#RDqL*J  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 sQ3[<  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ^^u5*n+5  
   5 CTE   0.650000E-05 Xxj- 6i  
   5 GTB U    'AD-5503         ' z9f-.72"X  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ~i= _J3'  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 R>|{N9  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 =}^9 wP  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 m[osg< CR_  
   5 PLASTIC 4(n-_BS  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR 3Zu
Z/=  
   6 CC     -1.63833609 5PCqYN(:B  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 L<c4kw  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 rw[ph[\X  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 W ~<^L\Lu  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 $GV7o{"&  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 zC:ASt  
   7 CC     -3.18613168 !<|4C6X:4  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Y>z>11yEB0  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ZmqKQO  
   7 CTE   0.600000E-04 Wb,KjtX
 
   7 GTB U    'ZEON480R        ' ";lVa'HMZ  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 uh_RGM&  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Oxnp0 s  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 "V7K SO  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .8g)av+  
   7 PLASTIC _%Bi: HG0  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR ?PxP% $hS  
   8 CC     -0.98132904 .~db4d]  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Y|m+dT6  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *-WpZGh  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }v;V=%N+v  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 P;y45b  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 OnziG+ak  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 Mexk~zA^  
   9 CC     -5.54999790 t,Lrfv])  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 T"Y+m-<%  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ^#-l q)  
   9 CTE   0.600000E-04 o 11jca|  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' # +>oZWVc  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 r r %V.r;2  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &AMl:@p9  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
f%JIp#B  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 H'5)UX@LP  
   9 PLASTIC YMyfL8bO  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR ;O5zUl-`  
   10 CC      0.92206943 S72+d%$  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Y Uc+0  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,pfG  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 V-P#1Kkh  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 2DrM3ZU8  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 uc{Ihw  
   11 CC     -0.42284721 ZoqZap6e  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 2|y"!JqE1  
   11 CTE   0.720000E-04 I|!OY`ko  
   11 GTB U    'OKP4            ' \\ij(>CI  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 GVr1`l  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \7eUw,~Q>  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 /<k/7TF`  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 N% B>M7-=  
   11 PLASTIC Es`Px_k  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR &B;~  
   12 CC    -21.87743665 wm@@$  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 G>=*yqo  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ?<,l3pwqa  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 **0~K";\  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Wi<m{.%\E  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 {?0lBfB"  
   13 CC     -2.93101390 qZh/IW  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 1\m[$Gs:  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 {z|)Njhg  
   13 CTE   0.600000E-04 :kV#y  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' <=&`ZH  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 I{&[[7H  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 QL/(72K  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 bWS&Yk(  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 A@('pA85  
   13 PLASTIC xH,a=8&9  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR E=Bf1/c\  
   14 CC     16.95417460 {uFO/  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #z%fx
 
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 fbvL7* (  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 n&/ `  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 VGN5<?PrN  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR ]5cT cX;Z#  
END W*:.Gxv]  
Z\rwO>3  
另一种广角镜头： Vp\,CuQ  
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。 `(;m?<%  
gVuFHHeUz  
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 DCa^ u'f  
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。 =svN#q5s  
H8jpxzXv  
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。 y.k~Y0  
4_lrg|X1  
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。 _LnpnL:  
TX/Xt7#R:  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。