SYNOPSYS 光學設計軟件課程四十一：設計一個超廣角的鏡頭

2020年10月29日 10:21
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如何使用DSEARCH?設計廣角鏡頭。 如果在dearch文件的SYSTEM部分中輸入廣角的規格，則很可能沒有任何可以實現的初始結構，原因很簡單，光線無法通過。 DSEARCH可以糾正某些光線故障，但通常無法優化此類系統。

在這種情況下，有一個相當簡單的方法可以很好地實現：首先畫出一個前端，將光束轉換成一個角度較小的光束，然后從那里開始，用USE CURRENT聲明該部分。下面是一個例子：

我們想設計一個半視場角為92.4度的鏡頭， F / 2.0。 我們將使用塑膠制作非球面透鏡。 首先，我們必須創建一個可追跡的前端。

我們從一個含兩個鏡片組的簡單系統開始，并指定用于廣角的物體類型OBD，并在5上聲明一個近軸光闌。我們從一個中等角度開始，比如50度，然后，使用WorkSheet?滑塊，給元件一些負的光焦度，并將它們向右彎曲。 當看起來效果很好時，增加OBD視場角，以這種方式繼續，直到我們達到所需的92.4度角。 這是前端部分：

SYNOPSYS 光學設計軟件課程四十一：設計一個超廣角的鏡頭的圖1

    RLE
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH
    WL .6562700 .5875600 .4861300
     APS               5
     UNITS MM
     OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887

       0 AIR
    0	CV  1.0000000000000E-09 AIR
    1	CV      0.0356159993000   TH      2.50000000
    1	GLM      1.50000000             55.00000000
    2	CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR
    3	CV      0.1145140002814   TH      1.00000000
    3	GLM      1.50000000             55.00000000
    4	CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR    5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR
    END

光束以92.4度進入并以合理的角度出射。 現在創建DSEARCH輸入MACro。

    CORE 16
    DSEARCH 2 QUIET
    USE CURRENT 5 ALL

    GOALS
    ELEMENTS 5
    FNUM 2 1
    BACK 10 SET
    STOP MIDDLE
    STOP FREE
    ASPH Q
    ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
    FOV .2 .4 .6 .8 1
    DELAY OFF
    NGRID 6
    SNAP 10
    PLASTIC 5 7 9 11 13
    !QUICK 30 40
    ANNEAL 50 10 Q
    NPASS 50
    END
    SPECIAL AANT
    ACC 10 1 1
    ACA 70 1 10
    LUL 90 .1 1 A TOTL
    END

    GO

在此案例中，我們使用SET指令指定10 mm的后焦距，。 DSEARCH允許您以三種方式控制該距離：如果您只是給出一個距離，例如BACK 10，程序會在末尾添加YMT求解并在AANT文件中包含一個目標來控制值。 如果添加權重因子（例如BACK 10 100），則將該權重應用于目標。 第三種方法是請求精確值，在這種情況下使用BACK 10 SET。 現在，程序將簡單地將后焦距設置為輸入值，在這種情況下為10，并且不會添加YMT求解。 對于較復雜的設計，這通常是一個很好的選擇，特別是當其他選項返回帶有虛像的系統時。

要求最大元件厚度為10毫米，總長度小于90毫米，以保持合理。 此外，我們將光線入射到透鏡表面的夾角限制在70度內。 否則，對于像這樣的大角度，可以在全視場獲得掠入射光線，由于膜層問題，這是不切實際的。

請注意，在這種情況下我們不使用QUICK選項。

最后一點：我們在上面的輸入中給出了FNUM請求的權重。 如果我們不這樣做，程序將通過UMC求解來控制F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于沒有光線通過。 同樣，對于這樣復雜的設計，我們必須引導一些事情。 通過在FNUM線上添加權重，程序將最后一個面的曲率視為變量，并控制AANT文件中的F /number，而不是曲率求解。

好的，我們的輸入已準備就緒，因此我們運行此dearch文件。 大約兩分鐘后我們看到了結果：

SYNOPSYS 光學設計軟件課程四十一：設計一個超廣角的鏡頭的圖2

DSEARCH發現了10種最佳設計，其中大多數非常好。

現在需要進一步改進設計。 運行DSEARCH產生的優化MACro，鏡頭的性能變化很小。

現在必須檢查視場的像質。 在PAD中，單擊PAD工具欄中的“掃描”按鈕 SYNOPSYS 光學設計軟件課程四十一：設計一個超廣角的鏡頭的圖3 ，然后觀察到靠近曲面10的光闌在所有視場中都沒有很好地填充。在這個廣泛的區域和近軸光瞳的系統中你能期望什么？我們必須控制它

    APS -10

由于我們改變了YP0的數量，目前鏡頭只有一個不明顯的光瞳。這使我們接近光闌真正的結果，但是現在我們必須把它放在那里。在WS編輯窗格中，我們輸入APS -10 來在表面10上放置一個真正的光闌。然后我們從PANT文件中刪除變量VY 0 YP1，優化并模擬退火。

SYNOPSYS 光學設計軟件課程四十一：設計一個超廣角的鏡頭的圖4

讓我們將玻璃模型替換成真實的材料。 打開MRG對話框，選擇U目錄（僅匹配塑膠材料），QUIET，SORT，然后單擊OK。 鏡頭材料現在是真正的塑膠材料。

SYNOPSYS 光學設計軟件課程四十一：設計一個超廣角的鏡頭的圖5

圖5.是真正塑膠材料的鏡頭取代了最后五個透鏡的玻璃材料。

將繼續優化鏡頭，不希望的塑料材料被更換成其它的玻璃材料，因此我們從PANT文件中刪除所有VY sn GLM行并用VLIST GLM ALL替換它們

這只會改變第一和第二個鏡片的當前玻璃模型的材料。 再次優化和模擬退火。

再次運行MRG，這次選擇Ohara目錄。 該程序現在匹配前兩個元件，即玻璃，而不是塑膠。 設計與以前一樣好，如圖6所示。（L41L1）

SYNOPSYS 光學設計軟件課程四十一：設計一個超廣角的鏡頭的圖6

圖6所示.所有真實材料的鏡頭。

讓我們來看看視場上的衍射圖像。 轉到MPF對話框，選擇“Show visual appearance ”，然后單擊“Execute”。 結果，在圖8中，在整個視場上幾乎是完美的。

SYNOPSYS 光學設計軟件課程四十一：設計一個超廣角的鏡頭的圖7

圖8.視場上的衍射PSF。

對于那些可能想要進一步評估此鏡頭的人，RLE文件如下。 您可以復制這些命令行并將其粘貼到EE編輯器中。

    ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15
    WL .6562700 .5875600 .4861300
    APS -10
    UNITS MM
    OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887
    0 AIR
    0 CV 1.0000000000000E-09 AIR
    1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000
    1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278
    1 CTE 0.630000E-05
    1 GTB O 'S-LAH59 '
    2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR
    3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196
    3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295
    3 CTE 0.620000E-05
    3 GTB O 'S-LAH55V '
    4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR
    5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093
    5 CC 100.00000000
    7
    5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994
    5 CTE 0.630000E-04
    5 GTB U 'OKP4RX50 '
    5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00
    5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    5 PLASTIC
    6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR
    6 CC -4.75816695
    6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00
    6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895
    7 CC -100.00000000
    7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994
    7 CTE 0.630000E-04
    7 GTB U 'OKP4RX50 '
    7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00
    7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    7 PLASTIC
    8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR
    8 CC -0.58536337
    8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00
    8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117
    9 CC -3.39966178
    9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020
    9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01
    9 CTE 0.900000E-04
    9 GTB U 'ZEON330R '
    9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00
    9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    9 PLASTIC
    10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR
    10 CC -4.25736209
    10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00
    10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896
    11 CC 1.69037601
    11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020
    11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01
    11 CTE 0.900000E-04
    11 GTB U 'ZEON330R '
    11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00
    11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    11 PLASTIC
    12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR
    12 CC -0.19799751
    12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00
    12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000
    13 CC -0.64163783
    13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994
    8
    13 CTE 0.630000E-04
    13 GTB U 'OKP4RX50 '
    13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00
    13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    13 PLASTIC
    14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR
    14 CC -0.05459002
    14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00
    14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
    15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR
    END

在本練習中我們沒有使用曲率或厚度求解，因為超廣角鏡頭的常見問題是試圖避免光線追跡失敗。 雖然使用解在數學上具有完美的意義，但它們可能會導致這種鏡頭出現問題。 此外，在設計基本完成之前，我們沒有使用真正的光瞳。 真實光瞳搜索功能是強大的但不可靠，并且利用這種大角度光線和非球面系數，很容易沒有解。 所有這些都可以通過使用無瞳設計來避免，直到設計形狀良好后再確定光瞳。

除了DSEARCH返回的最佳鏡頭之外，您還可以嘗試其他方案。

來自“武漢墨光”微信公眾號

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