[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。 0;SRmj@W  
`2PvE4]%p  
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： ,); -v4$  
R,f"2 k  
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。 dH_g:ocA  
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： kCvf-;b  
^J?y mo$>0  
:WHbwu,L$  
镜头文件： /^Ng7Mi!  
RLE &N:`Rler  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH fYUbr"Oe  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 y_}jf,b4  
APS               5 PCZ%<>v  
UNITS MM ]m@p? A$  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 C{2y*sx  
c!Wj^  
   0 AIR !bQqzny$R  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR 6:3F,!J!  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 =L9;8THY  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 Y2>0Y3yM  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR >NjgLJh  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 @zi_@B  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 y vo4 .u  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     vuO~
^N]G  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR C*&FApG  
END bXRSKp[$  
Q5>]f/LD  
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。 7kq6VS;p  
SJ).L.Cm6  
CORE 16 a n,$Z,G#K  
DSEARCH 2 QUIET ^;mnP=`l[  
USE CURRENT 5 ALL ]B=2r^fn  
l$DQkbOj  
GOALS [E6ZmMB&  
ELEMENTS 5 ? H7?>ZE  
FNUM 2 1 p$1y8Zbor  
BACK 10 SET 4$MV]ldUI  
STOP MIDDLE idSc#n22  
STOP FREE yYn7y1B  
ASPH Q z%~rQa./$  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ;k5B@z/<S  
FOV .2 .4 .6 .8 1 z%44@TP  
DELAY OFF TT3\c,cs  
NGRID 6 U2kl-E:  
SNAP 10 $Eh:m&hq  
PLASTIC 5 7 9 11 13 7]lUPLsl  
!QUICK 30 40 Tv /?-`Y  
ANNEAL 50 10 Q <)VNEy'  
NPASS 50 :<i<\TH'  
END jV~+=(w)  
SPECIAL AANT )F65sV{  
ACC 10 1 1 u]jvXPE6  
ACA 70 1 10 eg(1kDMpn  
LUL 90 .1 1 A TOTL 
MKZq*  
END akV-|v_  
GO 4StoEgFS  
(Qj;B)
 
*rv7#!].  
]/c!;z  
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。 t2RL|$>F1  
/
MV2#P@  
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。 vG#,J&aW  
%WAaoR&u  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 $J!WuOz4^i  
B)=)@h[f  
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。 '-M9v3itC  
3fdqFJ O  
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： O 2W2&vY  
!A'3Mw\Nm  
3eR c>^wh  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 pv@w 8*  
KSxZ
4Y  
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。 v9XevLs  
y[d>7fc
f  
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。 z\c$$+t  
JlhI3`X;/  
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 gRg8D{  
APS -9 s>ohXISB[  
CSTOP xyyEaB  
WAP 2 &*9
' 0  
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。 iPdR;O'  
mG.H=iw  
/A1qTG=Br  
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。 ((T6z$:hA  
DQhstXX  
~%QI#s?|  
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 UYvdzCUh  
Hl=M{)q@   
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 _E8doV  
L&G5 kY`  
再次运行 MRG，这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑胶。设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） w<Ot0&&  
s(cC;  
g^[BnP)I  
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 )Ag{S[yZ  
8RjFp2)W  
9"f  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 .wf$]oQQ  
RLE ]BaK8mPl  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 Hgbrlh  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           ,
d7o/8u  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' T~)R,OA7m  
MERIT   0.617523E-03 {9XQ~t"m^  
LOG        4 ->`R[k  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 y;=/S?L
.:  
APS              -9 Y3bZ&G)  
CSTOP %OJq(}  
WAP                2 HiSNEp$-4$  
UNITS MM   <b_?[%(u  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         n7pjj  
 J7p?9  
   0 AIR ?b xak  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR ca,U>'(y  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 ?6//'bO:%  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 z9JZV`dNgz  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR S^_F0</U,  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 bFsJqA.A  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 >j)y7DSE  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR d'[]  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 q+W*?a)  
   5 CC     15.35107422 lf}%^od~6  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 *Ke\Yb  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 $PFE>=nM  
   5 CTE   0.650000E-05 Eg4_kp0Lq
 
   5 GTB U    'AD-5503         ' {ZKXT8'  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Xd5uF/w  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 C=&;4In  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 PGhYkj2  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 3 uJ?;  
   5 PLASTIC l09DH+  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR W~Q;R:y  
   6 CC     -1.63833609 S@cKo&^  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 g[(Eh?]Sc  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 A$-\Er+f  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -;iCe7|Twf  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 k:#u%Z   
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 b)7v-1N  
   7 CC     -3.18613168 tgC)vZ&a  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 :5_394v  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 nx
@,oC4  
   7 CTE   0.600000E-04 ?Lbn R~/J  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' ;&$f~P
Q  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 d$:LUxM#  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 U3BhoD#f\  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 jbp?6GW  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 k1~? }+<e  
   7 PLASTIC !7Nz_d~n  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR rb*;4a  
   8 CC     -0.98132904 75eZhs[b  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 qe|U*K 2_  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <jG[ z69)  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 r*{`_G=1  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 =)nJ'}x  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 yZc#@R[0  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 >J/8lS{#  
   9 CC     -5.54999790 .zsYV
tK  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 ftD(ed  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 5=/j  
   9 CTE   0.600000E-04 <aQ5chf7  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' Wv]ODEd  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 fPq)Lx1'  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~8U0(n:^  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 l<:\w.Gl  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 RKy!=#;17  
   9 PLASTIC =Y5_@}\0  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR {!^0j{T  
   10 CC      0.92206943 ^/~C\ (  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 z@v2t>@3k  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^Vg-fO]V  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 vrIWw?/z?  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 JC iB;!y  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 ^9 ^DA!'  
   11 CC     -0.42284721 z/wwe\ a5  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 QypUBf  
   11 CTE   0.720000E-04 3EH7HW  
   11 GTB U    'OKP4            ' ;*cCaB0u  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !Y10UmMu  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 PxA OKUpI  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Hz j%G>  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 'oF XNO  
   11 PLASTIC w%-S5#  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR {
xf00/  
   12 CC    -21.87743665 \|
CuTb;0  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 * 'Bu-
1{  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 TT={>R[B  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 gv,1 CK  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 sQn@:Gk  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 pO)5NbU  
   13 CC     -2.93101390 8khIy-9-'  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 r?/!VO-*N  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ~.CmiG.7  
   13 CTE   0.600000E-04 &Qq|  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' 4+MaV<!tU^  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 G\K!7k`)!  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ]I\9S{?  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 cp6I]#X  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 d6)+d9?<  
   13 PLASTIC t\-|J SZ  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR *W2o$_Hs  
   14 CC     16.95417460 9-!GYa'Z  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 bu{dT8g'U  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 9I(00t_  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~SS3gLv  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 klnk{R.>|  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR V3ExS1fNf  
END :QC |N@C  
xNjWo*y v  
另一种广角镜头： Re*_Dt=r  
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。 'V\V=yc1  
&0]5zQ  
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 /0Mt-8[  
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。 &@=W+A=c~  
A9MTAm{  
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。 z0Z1J8Qq6.  
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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。 'mZQ}U=<  
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9.?5#aL  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。