[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。 Na=.LW-ma=  
14Y_ oH9  
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： N`,ppj  
J2W#vFe\  
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。 KxhMPvN'  
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： <$metN~9j  
d< j+a1&  
AAuH}W>n  
镜头文件： rvfS[@>v  
RLE =#L\fe)q)  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH /u?ZwoTzY  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 w=JO$7  
APS               5 ,yf
2
kU  
UNITS MM z{$2bV  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 V7DMn@Ckw  
)d(F]uV:y  
   0 AIR ?gYQE&M !  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR gV~_m  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 BRSIg]  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 6,Z.RT{5  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR $y{rM%6JU  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 c6-~PKJL  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 Y.yi
Uf/Q  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     }IJE%  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR D`c&Q4$:  
END 1egq:bh  
E>_N|j)9  
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。 -<0xS.^  
<DR$WsDG  
CORE 16 {3Y R_^>?  
DSEARCH 2 QUIET d%,@,>>)  
USE CURRENT 5 ALL xB:]{9r  
;}B6`v  
GOALS BFnp[93N  
ELEMENTS 5 CWdpF>En  
FNUM 2 1 unvS`>)Np  
BACK 10 SET ZX0#I W  
STOP MIDDLE u!CcTE*  
STOP FREE :;Xh`br  
ASPH Q {Qba`lOkq  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 E%%iVFPX  
FOV .2 .4 .6 .8 1 TGDrTyI?y  
DELAY OFF um,G^R  
NGRID 6 tNvjwgV\  
SNAP 10 >BWe"{;  
PLASTIC 5 7 9 11 13 0<FT=tKm  
!QUICK 30 40 u~8=ikn+T  
ANNEAL 50 10 Q 3D}Pa  
NPASS 50 W\EvMV"  
END ]WYddiF  
SPECIAL AANT ~e<^jhpJ
 
ACC 10 1 1 A1Es>NK[qW  
ACA 70 1 10 7S/\;DF  
LUL 90 .1 1 A TOTL FJD;LpW  
END fnJx$PD~  
GO W"!{f  
JA09 o(  
&|fPskpy  
7}L.(Jp9  
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 Z'~/=a)7  
Cy\ o{6  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 ntxaFVD  
@$fvhEkrT@  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 :sX4hZK=G  
rL,kDSLs  
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。 NT=)</v  
1\aV
4T  
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： }SFmv},Ij  
7q&T2?GEN  
.6c Bx  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 B{K_?ae!  
;T
KsAU  
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。 GdM|?u&s"  
,&iEn}xG7i  
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。 emHaZhh  
0DaKd<Scv  
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 j9/hZqo  
APS -9 pS "A{k)i  
CSTOP W'PW;.,  
WAP 2 ]u.)
6{  
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。 5Mp$u756  
TB_OFbI2  
62o nMY  
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 GPrq(  
=%S*h)}@  
)0\D1IFJ  
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 *|
,ye5"  
WtlLqD!_D  
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 bSW~hyI w  
x|*m ok  
再次运行 MRG，这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑胶。设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） S" PJ@E}^E  
]4Q~x  
ft$ 'UJ%j  
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。 $e%m=@ga  
8#|PJc  
\98|.EG  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 L-|u=c-6  
RLE ahR-^^'$  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 1`9'.w+r  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           loD:4e1  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' QSvgbjdE  
MERIT   0.617523E-03 + 7nA; C  
LOG        4 eMjW^-RgE5  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 iwfH~  
APS              -9 7G%^8 ce{!  
CSTOP wx^1lC2  
WAP                2 #"TL*p  
UNITS MM   m,SWG[~  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         {'o\#4Wk  
Va
h.tOU  
   0 AIR :+ AqY(Gz  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR Zb2.o5#}  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 w_#5Na}>d  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 O*1la/~m  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR 9j1 tcT  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 WE&"W$0  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 4K!@9+Mz  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR %)L|7v<  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 #rx@ 2zi  
   5 CC     15.35107422 ?r R, h{~  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 !%'c$U2  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 IJ6&*t wT  
   5 CTE   0.650000E-05 E>rWm_G  
   5 GTB U    'AD-5503         ' Cce{aY  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .*L_*}tno  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 W4=<hB  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 vUgo)C#<  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Cc` )P>L  
   5 PLASTIC xcN >L  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR Nk shJ2  
   6 CC     -1.63833609 #zKF/H|_R  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 oHx=Cg;  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^4tz*i  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 J,^eq@(  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 lHSuT2)x;  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 } mEsb?  
   7 CC     -3.18613168 |79n 1;+\?  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 sme!!+Rd  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 :_+Fe,h>|  
   7 CTE   0.600000E-04 ,7izrf8  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' =#{i;CC%  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 df!n.&\y!  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 SK {ALe  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Js!V,={iX  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ceGo:Aa<)  
   7 PLASTIC qU:Mvb^5&  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR fm'Qifq^  
   8 CC     -0.98132904 %-~T;_.  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 }_o!fV  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 cG I^IPI  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 V7i1BR8
G  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ZYD3[" ~x  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 r!J?Lc])8  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 kDr0D$iE  
   9 CC     -5.54999790 _sp/RU,J-3  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 t /CE,DQ  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 @~`2Lo/  
   9 CTE   0.600000E-04 gDjs:]/YR  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' |{H-PH*Iz  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 m8njP-CZ  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 do(komP<\  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _rf  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 o%\p
I%  
   9 PLASTIC j{u!/FD  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR kKRZ79"7s  
   10 CC      0.92206943 -g]g  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 NHL{.8L{  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 CJu3h&Rp  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 b_T?jCyW  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 GS4 HYF  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 = A;B-_c  
   11 CC     -0.42284721 QBiLH]qa  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 , *A',  
   11 CTE   0.720000E-04 53cW`F  
   11 GTB U    'OKP4            ' GP\Pk/E  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00  ?[G!6  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 'Nbae-pf  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 )pAN_e"  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 PME ?{%&  
   11 PLASTIC P7i G,i  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR ` 'y[
i  
   12 CC    -21.87743665 r*!sA5  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 9(( QSX  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 )m Uc !TP  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :5`BhFAd  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 A+lP]Oy0S  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 4^0L2BVcv  
   13 CC     -2.93101390 @i
[z4)"S  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 JS<4%@  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 1wpeYn7>W  
   13 CTE   0.600000E-04 $MEKt}S  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' zp2IpYQ,3  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 "38ya2*  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 wcT0XXh  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 '_~=C-g  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 4S]`S\w  
   13 PLASTIC Tv&-n  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR idf~"a  
   14 CC     16.95417460 4#z@B1Jx  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 :>.~"uWo{  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Et=N`k_gO  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 E(e'qL  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .1.Bf26}d  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR Gv!* Qk4  
END XTHy CK  
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另一种广角镜头： 1X4v:rI  
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。 wyk4v}  
c%aY6dQG&%  
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 )j40hrR  
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。 <aR8fU  
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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。 .VVY]>bJg@  
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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。 Z4Nl{ 6  
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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。