[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。 Q fyERa\rb  
dDn4nwH  
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： }~CZqIP  
qf=[*ZY  
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。 y{?jr$js<  
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，并指定用于广角的物体类型 OBD，并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始，比如50度，然后，使用 WorkSheet™ 滑块，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时，增加 OBD 视场角，以这种方式继续，直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分： +95dz?~  
H$z+gbjJ  
'*ICGKoT  
镜头文件： ;,})VoC\!  
RLE wX
ZY5-h4  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH #:zPpMAl  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 Ng39D#_
)  
APS               5 [k=9 +0p  
UNITS MM 2y7q x1$C  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 :*+BBC  
BBJ]>lQ  
   0 AIR 2,Dc]oj  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR }R5&[hxh4t  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 l<:E+lU  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 X$&Sw3c  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR /aa;M*Qp  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 W!B4<'Fjc  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 BXv)zE=j  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     0fK|}mmZA  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR : 8<^rP  
END {=4:Tgw  
ye7&y4v+  
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。 KR(ftG'  
']Xx#U N  
CORE 16 MNmQ%R4jRN  
DSEARCH 2 QUIET QGj5\{E_  
USE CURRENT 5 ALL OjEA;;qq  
t-(7Q8(  
GOALS 8Xzx;-&4  
ELEMENTS 5 I3$vw7}5Y  
FNUM 2 1 3&Rqz9W  
BACK 10 SET jeFl+K'1  
STOP MIDDLE uWj-tzu  
STOP FREE /=(FM   
ASPH Q qWRMwvN
{  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 k$_]b0D{4  
FOV .2 .4 .6 .8 1 >t}D5ah  
DELAY OFF 1CVaGD^r{  
NGRID 6  Ph{+uI  
SNAP 10 #7T={mh  
PLASTIC 5 7 9 11 13 =~m"TQv  
!QUICK 30 40 13kb~'+&r  
ANNEAL 50 10 Q d$~b`  
NPASS 50 PQ1NQy8  
END \bSHBTK  
SPECIAL AANT .T-p]9*p  
ACC 10 1 1 j5^b~F%  
ACA 70 1 10 ]qHO{b4k  
LUL 90 .1 1 A TOTL 6e|5qKr  
END R0d|j#vP  
GO ve^MqW&S  
X}Z%@tL  
2`m_"y  
o:\a  
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。 <F & hfy  
N<(`+?  
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。 Hv*O9!cC  
>G~;2K[  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 io3'h:+9s  
+0 |0X {v  
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。 @cGql=
t  
w!7/;VJ3d  
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： t O>qd#I  
r=aQS5  
U.(_n  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 rP4@K%F9jB  
b7j#a#  
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。 =o
DrN7`,B  
wJkkc9Rh'(  
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。 `VN<6o(  
our5k
 
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 oP 0j>i,"&  
APS -9 ?3N86Qj  
CSTOP s%|J(0  
WAP 2 V'/%)oU\"  
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。 \s'6)_  
9
`&D  
,-kZ5&r  
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。 3)\qts5  
+-d>Sl (  
3om-,gfZ  
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。 )wd~639U  
1j,Y  
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。 <~w#sIh  
=x>k:l~s  
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） 0in6z  
WpZ^R;eK  
-NeF6  
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。 @oNrR$7  
oZtz"B  
_Hk`e}}  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 (eP)>G]  
RLE Nl _Jp:8s  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 e>.xXg6Zn  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           ta(x
4fP_  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' } _z~:{Y  
MERIT   0.617523E-03 ps{(UYM=b  
LOG        4 ' M!_k+e  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 >2/zL.O  
APS              -9 d+'+z %s%  
CSTOP l1S1CS  
WAP                2 i^l;PvIF  
UNITS MM   S\m]ze  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         C
2v7(  
j;.&+.  
   0 AIR oP6G2@3P/  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR f9$q.a*  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 J:a^''  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 }s[/b"%y  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR [>86i  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 m/AN*`V  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 8J0tya"z  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR f WXzK<  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 -=w.tJD  
   5 CC     15.35107422 ->(B:Cz  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 S0`*  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 rIb{=';  
   5 CTE   0.650000E-05 \!3='~2:=o  
   5 GTB U    'AD-5503         ' =Sq7U^(>  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 a=R-F!P)  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 M*N8p]3Cq  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #z.x3D@^r6  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ZSNg^)cN  
   5 PLASTIC <#-ERQw  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR I f(_$>  
   6 CC     -1.63833609 By9/tB  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Sy_M!`B  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *QX$Mo^E  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ?kSs7e>  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ]{hfM  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 xjYFTb}!  
   7 CC     -3.18613168 ?m6E@.{  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 EA\~m*k  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 w'!gLta  
   7 CTE   0.600000E-04 fu/c)D6u*m  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' yT4|eHl  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !`g
g$9  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ! [X<
>  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 oaHBz_pg  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `W9_LROD  
   7 PLASTIC I zT%Kq  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR So:89T  
   8 CC     -0.98132904 *sTQ9 Kr  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `PL!>oa(8  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &Lw| t_y  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
@;0Ep0[  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 3-05y!vbcE  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 Ud](hp"  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 LYX+/@OU2  
   9 CC     -5.54999790 g5.Z B@j  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 V;!D:N8<  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 2+enRR~  
   9 CTE   0.600000E-04 4{Iz\:G:{/  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' }Y[.h=X  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 z)26Ahm TV  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 L4!$bB~L-  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Ah,Zm4:  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 6Z$T&Ul{  
   9 PLASTIC (n<xoV[e  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR cH#`f4  
   10 CC      0.92206943 [#_ceg1G  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 0V^?~ex  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 1#'wR3[+  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 g%Z;rDfi  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 &"BKue~q@p  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 6V)#Yf  
   11 CC     -0.42284721 T<OLf
uV  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 jkbz8.K  
   11 CTE   0.720000E-04 ,=mn*  
   11 GTB U    'OKP4            ' gnv4.f:  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Uz0mSfBp  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 hi37p1t   
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 1G\ugLm  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |peZ`O^~  
   11 PLASTIC = *sP, 6  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR pY2nv/  
   12 CC    -21.87743665 1}(g=S  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 kxKBI{L  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !v^D j']  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 @g{=f55  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 RGiA>Z:W  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 gAE}3//  
   13 CC     -2.93101390 a`T{5*@  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 tDi<n}  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 O6`@'N>6P  
   13 CTE   0.600000E-04 E_h9y  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' s~GO-v7  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `Z{7Ut^)  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6gp3n;D  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00  ~d }-  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 5L4~7/kj  
   13 PLASTIC `T-(g1:9  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR $N+azal+y  
   14 CC     16.95417460 kJ~^ }o  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 T-27E$0  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 RY*6TYX!  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 )]/!:I4e  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 a/?gp>M9  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR kcQ |Z
g  
END E;h#3 B9  
%N!Y}$y  
另一种广角镜头： =Y89X6  
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。 ^7(zoUn:  
(ttO O45  
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 & K7+V  
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。 JK,k@RE y]  
WhvO-WF  
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。 BM:je(*p  
B&tl6?7h  
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。 lT*Hj.  
+lE 9*Gs_$  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。