[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。 mAW,?h  
$g+[
yb7@  
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： (BfgwC)  
uDSxTz{  
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。 {aJJ`t  
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： qt^T6+faaQ  
$N=N(^  
/<8N\_wh  
镜头文件： z7Eg5rm|QZ  
RLE Bv.`R0e&  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 9>rPe1iv  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 T%n2$  
APS               5 A7`1-#  
UNITS MM ${nX:!
)  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887
<u:WlaS  
'fNKlPMv4D  
   0 AIR 3lq Mucr  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR P#/HTu5q7  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 -yg?V2  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 xOHgp=#D  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR 0{PzUIM,W  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 dVo.Czyd  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 U*P. :BvG  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     yxq}QSb \3  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR IMl!,(6;  
END Iu*^xn  
MqA`yvQm  
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 :C8$Xi_i}  
@*DyZB  
CORE 16 =.`qixN  
DSEARCH 2 QUIET Uyr3dN%*r  
USE CURRENT 5 ALL k8uvNLA)a  
W$Yc'E ;  
GOALS 6q6FB  
ELEMENTS 5 *d',Vuv&[  
FNUM 2 1 u}|%@=xn  
BACK 10 SET vuFBET,  
STOP MIDDLE 3QOUU,Dt$  
STOP FREE 2{.QjYw^  
ASPH Q z|(+|pV(
 
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 N9<Ujom  
FOV .2 .4 .6 .8 1 n7YEG-J  
DELAY OFF ^+9sG$T_EV  
NGRID 6 kY&h~Q  
SNAP 10 Vax^8 -  
PLASTIC 5 7 9 11 13 vHE^"l5v  
!QUICK 30 40 eV
cANP  
ANNEAL 50 10 Q %D`,k*X  
NPASS 50 NCf"tK'5n  
END <(e8sNe  
SPECIAL AANT kzS=g|_  
ACC 10 1 1 *I?Eb-!t  
ACA 70 1 10 ow'lRHZ  
LUL 90 .1 1 A TOTL 56Z\-=KAU  
END ec|/ /  
GO Kw`VrcwjT  
Q9`QL3LQD  
{A o,t+j  
5')8r';,  
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。 tB'V  
oiX"Lz{  
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。 P~FUS%39"o  
:9|W#d{o  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 oQj=;[  
.6pO
vGKb  
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。 h !(>7/Gi  
V=:_d,  
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： NS,5/t  
[&qA\  
;bX4(CMe &  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 VIR.yh  
e|r0zw S  
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。 VRW]a  
:Ld!mRZF  
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。 m!OMrZ%)}  
SgE/!+{  
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 BXUF^Hj%  
APS -9 oT|m1aGE  
CSTOP p
'{xoV  
WAP 2 2PSTGG8JV  
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。 xqHL+W  
:'r6TVDW  
3|Y!2b(:?  
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。 7=*VpX1  
4rU!4l  
Jll-X\O`-  
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。 nD,{3B#  
!|m
9|  
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。 5GAy "Xd  
$rG<uO  
再次运行 MRG，这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑胶。设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） YJ2r
o-X  
pyW u9  
=J|sbY"]  
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 hWcTI
{v  
+EASAq  
!g0cC.'  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 IvW@o1Q  
RLE LBX%HGH  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 KC&`x|  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           ^@}#me@  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' G+Dpma ]  
MERIT   0.617523E-03 X_70]^XL  
LOG        4 _JOP[KHb  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 "jZm0U$,*  
APS              -9 u+% tPe  
CSTOP jFj~]]j  
WAP                2 f:%SW  
UNITS MM   [a8+(  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         4=p@2g2"H  
2X@G"  
   0 AIR MtG_9-  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR V8'`nuC+  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 ( D}"&2  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 9!t4>  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR }~*rx7p  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 w6E
I{  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 X7e/:._SAH  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR hmGdjw t$  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 v'nHFC+p  
   5 CC     15.35107422 Uh+jt,RB`  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 org*z!;.   
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 z`'P>.x   
   5 CTE   0.650000E-05 yzc pG6,  
   5 GTB U    'AD-5503         ' I>((o`  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 {Nq?#%vdT  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 YkbO&~.  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 yH(V&Tv  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 3Hm7 uBZ  
   5 PLASTIC Bz]J=g7  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR >0T3'/k<H  
   6 CC     -1.63833609 W#45a.v  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 
{mYx  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 U,3d) ]Zy&  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 sfC@*Y2XT  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 d[U1.SNL  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 1b`G2?%  
   7 CC     -3.18613168 v>^jy8$  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 6{^*JC5nj  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 oY
qE*mA  
   7 CTE   0.600000E-04 fm6]CU1^  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' :
bw6k  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 M,L@k  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 HWR&C  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 O<a3DyUa;  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 kGj]i@(PA4  
   7 PLASTIC 2B'^`>+8S  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR Vw?P.4  
   8 CC     -0.98132904 2;R/.xI6v  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ;@'0T4Z&l  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 x9\J1\  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 htg'tA^CtS  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 '5cZzC 2  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 g)N54WV  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 n8?KSQy$  
   9 CC     -5.54999790 >%i9oI<)  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 G,/Gq+WX  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 D
eog4Ol"/  
   9 CTE   0.600000E-04 Q^q=!/qQ  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' >";%2u1  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 YRu%j4Tx  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Qasr:p+  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 aZC*7AK   
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Wb'*l
T0=  
   9 PLASTIC m^c%]5$  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR %g5jY%dg.r  
   10 CC      0.92206943 &{hc   
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Bx%=EN5.  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Cd9t{pQD4  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;HT0w_,  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 w=gQ3j#s  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 ],$6&Cm  
   11 CC     -0.42284721 x:vrK#8D>  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 (S3jZ  
   11 CTE   0.720000E-04 mf#fA2[  
   11 GTB U    'OKP4            ' #VQ36pCd  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 4KZSL:A  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 w8U2y/:>  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 I@+lFG  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 7ia"
u+Y  
   11 PLASTIC 4g S[D  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR NywB3  
   12 CC    -21.87743665 U=M#41J  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 lt
P
  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~S!L!qY  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -wBnwn-  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 V_{vZ/0e  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 ^v#+PyW  
   13 CC     -2.93101390 a{5H33JA  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 AK%=DVkM  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 -Zttj/K  
   13 CTE   0.600000E-04 A"`L~|&  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' O5c_\yv=  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |c]> Q  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3s#|Y,{?6R  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ![qRoYpbg8  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 K@y-)I2]  
   13 PLASTIC !Jh*a *I}  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR 5ZZd.9ZgM  
   14 CC     16.95417460 `x5ll;"J  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 x0y%\  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5 1v r^  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 zkuv\kY/Z  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 "<7$2!  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR UU*0d
SWr  
END Qu!OV]Cc  
,ZLG7e  
另一种广角镜头： "[FCQ  
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。 UeFtzty,a  
[B.W1 GL!  
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 ?S+/QyjcfJ  
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。 GZ;Z  
~oEXM?M  
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。 ^[k6]
1h  
*'kC8ZR5  
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。 Ky=(urAd  
s{b0#[  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。