[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。 PY[nnoF"|  
]De<'x}  
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： G .NGS%v  
Cs))9'cD]  
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。 Z):q1:y  
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： 8MU+i%hd  
s+DOr$\  
^M0
  
镜头文件： f}=>c|Do  
RLE E%LUJx}  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH }]<0!q &xB  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 Qco8m4n  
APS               5  0~4Ww=#  
UNITS MM ^,}1^?*  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 7H.3.j(L  
6+!$x?5|NP  
   0 AIR 0fu*}v"  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR 
@Z.BYC  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 x n?$@  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 0Xb,ne 7  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR 5:|9pe)  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 2ca#@??R  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 9k/L m  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     #zRHYZc'T|  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR :er(YWF:  
END ncrg`<'/,  
Hsn'"  
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。 Wn2'uZ5If  
r3qKT  
CORE 16 GXG 7P,p,  
DSEARCH 2 QUIET 8yk7d76Y  
USE CURRENT 5 ALL ?8N^jjG  
__!LTpp  
GOALS y4U|~\]  
ELEMENTS 5 9TX2h0U?  
FNUM 2 1 PriLV4?  
BACK 10 SET x ]">  
STOP MIDDLE ]"}BqS0  
STOP FREE C#-HWoSi  
ASPH Q Dj>eAO>  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 "}MP{/  
FOV .2 .4 .6 .8 1 NOg/rDs'{  
DELAY OFF 4C/G &w&  
NGRID 6 nrHC;R.nE  
SNAP 10 !wN2BCSY@  
PLASTIC 5 7 9 11 13 z%S$~^=b  
!QUICK 30 40 C~egF=w  
ANNEAL 50 10 Q P -NR]f  
NPASS 50 `;Ho<26  
END #9gx4U  
SPECIAL AANT :s6aFiz  
ACC 10 1 1 LaO8)lqR  
ACA 70 1 10 d?&`ZVl  
LUL 90 .1 1 A TOTL FRuPv6  
END 9}%$j  
GO M!+
J[q  
" i:[|7  
6se8`[  
Li]bU
  
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。 SV@*[r  
(?m{G Q  
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。 -w*fS,O  
D6Au)1y=&  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 6#7hMQ0&;O  
G<M0KU(  
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。 .<zKBv  
ULqI]k(  
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： :h5G|^  
N"}>);r  
gu3i
aM$W  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 Ym1vq
=  
;Ax-f04gG  
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。 VE-l6@`  
`Jk0jj6Z  
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。 sEFQ8S  
g:z<CSIq/  
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 arDl2T,igF  
APS -9 PQDLbSe)\  
CSTOP 
p;>A:i  
WAP 2 kh9'W<tE  
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。 3("C'(W  
Vx(*OQ  
BbI%tmA7  
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。 #h?IoB7  
db~^Gqv6k  
jd](m:eG  
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。 :ZM9lBYh  
,U3  
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。 S[1<Qrv]  
sSh{.XuB+3  
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） .JPN';  
X>8,C^~$1  
zbmC?2$  
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 }lGcG)  
pR$(V4>  
^O18\a  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 iM@$uD$_Q2  
RLE umIGI  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 9B!Sv/)y!r  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           C`hdj/!A  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' itg_+%^R  
MERIT   0.617523E-03 cD0rU8x  
LOG        4 &eHRn_st5b  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 h^SWb91"G  
APS              -9 vkIIuNdDlx  
CSTOP 2#>;cn\  
WAP                2 J,F1Xmr4  
UNITS MM   ?H=q!i  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         wXKtQ#o}  
} ?
j5V  
   0 AIR fzIs^(:fl  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR |NuMDVd+s  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 &BRk<iwV  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 +/ZIs|B4,z  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR XOvJlaY)'.  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 aUaeK(x:H  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 4yyw:"  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR z&6_}{2,]  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 zMsup4cl  
   5 CC     15.35107422 =Kd'(ct  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 :C:6bDQ  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 8K,X3a9  
   5 CTE   0.650000E-05 l=E86"m  
   5 GTB U    'AD-5503         ' ev4[4T-(@  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 k =5k)}i  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 +V4)><  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 =Hg!@5]H  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 P8eCaZg?(3  
   5 PLASTIC  6:zPWJB  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR 3vY-;&  
   6 CC     -1.63833609 ?9`j1[0  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 w:5?ofC  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8A#,*@V[  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 W/qXQORv  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 =I# pXL  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 Tn&_ >R  
   7 CC     -3.18613168 2][9Wp  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Gyq 6?  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 BJjic%V  
   7 CTE   0.600000E-04 t7f(%/] H0  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' 0V:H/qu8>  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *ERV\/  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 EtcT:k?y  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 1SExlU  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Bgxk>Y  
   7 PLASTIC $e\s8$EO  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR v\:AOY'  
   8 CC     -0.98132904
GW AT0  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 &;DCN  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Rw?w7?I  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 o%_-u +  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 LKM018H>  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 "V[j&B)P  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 dla_uXtM6  
   9 CC     -5.54999790 C~&E7w  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Qc7*p]E&  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 hIV9.{J  
   9 CTE   0.600000E-04 Ca~8cQ  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' ctP+ECH  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 @NM0ILE  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Y2L{oQ.C2  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 A[l )>:  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Cff
6EE  
   9 PLASTIC d:'{h"M6  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR Ichg,d-M-K  
   10 CC      0.92206943 5gf ~/Zr  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 c}@E@Y`@w  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 n*\o. :f  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <Y`(J#  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 /dCsZA  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 uuM1_nD[  
   11 CC     -0.42284721 zZMKgFR@  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 WO>,=^zPJ  
   11 CTE   0.720000E-04 :W)lt28_  
   11 GTB U    'OKP4            ' "09v
6Tx  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 K@p9_K8  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 02,t  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ]!TE  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .rBU"Rbo  
   11 PLASTIC [[[C`H@  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR ;Rv WF )  
   12 CC    -21.87743665 q7CLxv &QG  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 LH54J;7Y  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |eRE'Wd0  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 g[~{iu_$d  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 9wx]xg4l"  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 F > rr.  
   13 CC     -2.93101390 a<-aE4wdm  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 ./I?|ih  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 (VO'Kd  
   13 CTE   0.600000E-04 Wrp~OF0k  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' lW"0fZ_x'E  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ! VT$U6  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,~3rY,y-  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 f}yRTR GJv  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #j Tkz  
   13 PLASTIC %vO(.A+  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR reR@@O  
   14 CC     16.95417460 5@
RcAQb:  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 3[Q7'\  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 )"?'~5A  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 >,Y+1  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 8Y-*rpLy  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR r0nnmy]{d  
END S0StC$$1  
o~'p&f  
另一种广角镜头： zHKP$k8  
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。 jUD^]
Qs  
 3*Q=)}  
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 |fyzb=Lg  
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。 @|cH
DltH  
2c]751
  
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。 8Dl(zYK;  
ekY)?$v3  
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。 P84YriLo  
(Q*x"G#4>  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。