[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。 Uks%Mo9on  
)X;051Q  
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： HKr}"`I.  
$*VZa3B\  
我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头，F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先，我们必须创建一个可追迹的前端。 {,i-V57-h  
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，并指定用于广角的物体类型 OBD，并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始，比如50度，然后，使用 WorkSheet™ 滑块，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时，增加 OBD 视场角，以这种方式继续，直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分： tKS[  
3dSb!q0&N  
YA@MLZm  
镜头文件： NT0n[o^  
RLE re_nb)4g  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 81"` B
2  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 jQxhR  
APS               5 L2+cVR  
UNITS MM tAE(`ow/Ur  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 K-~gIlbQ`  
Y0.'u{J*  
   0 AIR QyxUK}6mr  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR Q^ZM|(s#  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 ;p2b^q'  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 >{
QO$F#  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR T>]T=  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 (8aj`> y  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 `3i<jZMG  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     -$?t+ "/E  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR 3:MJKS02OD  
END F|{uA/P{  
04jvrde8-O  
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。 /q+;!E
M  
r8@]|`j  
CORE 16 yhYF "~CM  
DSEARCH 2 QUIET ,% QhS5e  
USE CURRENT 5 ALL &oMWs]0  
SOq:!Qt
  
GOALS :IU7dpwDl  
ELEMENTS 5 !b7"K|  
FNUM 2 1 }04mJY[  
BACK 10 SET yw$4Hlj5  
STOP MIDDLE D/f4kkd  
STOP FREE G~o!u8^;  
ASPH Q 2?GMKd)  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 #H w(w  
FOV .2 .4 .6 .8 1 C6[W/,eS  
DELAY OFF )PTvw>  
NGRID 6 7dcR@v`c  
SNAP 10 i
?Pnyi  
PLASTIC 5 7 9 11 13 }a$.ngP  
!QUICK 30 40 ^e_LnJ+  
ANNEAL 50 10 Q F'b%D  
NPASS 50 eFG(2OVg}M  
END Q8%_q"C  
SPECIAL AANT t|eH'"N%o  
ACC 10 1 1 t$z[ja=  
ACA 70 1 10 l@Vv%w9H  
LUL 90 .1 1 A TOTL ;5bd<N  
END V-}}?c1 F  
GO IO)#O<  
a3<:F2=~\  
P2a5<#_|  
>PSO]%mE  
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 zk FX[-'O  
s{Y4wvQyB  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 =&}_bd/]  
k_L`  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 /T)E&=Ds  
o]4\Geg$  
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。 &jHsFS  
Zt!A!Afu  
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： lb.Q^TghU  
x{SlJ%V  
iyl i/3|  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 B={_}
f  
&\N>N7/1  
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。 & "&s,  
W~/d2_|/  
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。 JP5e=Z<  
Y/kq!)u;%L  
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 x/umwT,ov  
APS -9 D#b*M)X"  
CSTOP KOS0Du  
WAP 2 E7fQ9]  
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。 a)JXxst  
e~SK*vR%]  
25)9R^  
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。 cRVL1ne  
TwPQ8}pj?  
Cf=H~&`Z  
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。 ,Y/B49  
V.P<>~W  
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。 .J)TIc__|A  
TVD~Ix  
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） 'RMUjJ-!  
'q-q4QCB  
[s>3xWZ+a  
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。 ( 2HM"Pd  
{Yj5Mj|#  
Tn}`VW~  
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。 0>sa
{Z  
RLE E5&Z={  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 DXiA4ihr=  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           =X4Fn^w"4O  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' Cs6`lX >  
MERIT   0.617523E-03 xnY?<?J"!  
LOG        4 86r"hy~  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 AHb_BgOU*  
APS              -9 G]'ah1W  
CSTOP _Je4&KU  
WAP                2 JI"/,fK^  
UNITS MM   f$o^Xu  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         P8d  
fu"cX;  
   0 AIR TEC^|U`G  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR U**8^:*y#:  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 =?RI`}vw_H  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800
2LwJ%!  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR P1eSx#3bR  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 (9]Uuvfp6"  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 aA`eKy) \  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR !#KKJ`uB"  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 QL/KY G  
   5 CC     15.35107422 *G58t`]r  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 =w$&n%~  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 {[H_Vl@  
   5 CTE   0.650000E-05 *)RmX$v3  
   5 GTB U    'AD-5503         ' 0'Pjnk-i  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 0JlNUO5Nt  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 54_}9_g  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *7!MG  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 '}Fe&%  
   5 PLASTIC cJ4My#w  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR -zg*p&F  
   6 CC     -1.63833609 aCG rS{  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 B.8B1MFm  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $Rm~ VwY#  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `OfhzO
p  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Q0xO;20  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 7>yd  
   7 CC     -3.18613168 gu k,GF9p]  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 S#/BWNz|  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 8M5)fDu*?  
   7 CTE   0.600000E-04 >]h{[kU %4  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' )CFJXc:  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ._}}@V_/  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Cj0r2^`  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 UsE\p9mCuV  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 -"[4E0g0  
   7 PLASTIC OgF[=  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR A({czHLhN5  
   8 CC     -0.98132904 A0{xt*g   
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 zj`c%9N+  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 n8,%<!F^  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8~'cP?  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 >dAl*T  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 tia}&9;  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 AzU:Dxr>.G  
   9 CC     -5.54999790 &f.5:u%{b  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 u+)!C*ho  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 KXPCkNIN!  
   9 CTE   0.600000E-04 UFB|IeX?q  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' ?{J1&;j*  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 n_Quu
UB  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 P y'BMk  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 j7P49{  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 uX7L1~s-  
   9 PLASTIC Oc)n,D)0  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR a ,mgM&yD  
   10 CC      0.92206943 (PpY*jKR  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00  Q6 *n'6  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 nDrRK  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -h8mJ D%Oi  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 RRO@r}A!y  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 >{^_]phlb  
   11 CC     -0.42284721 
#aqnj+  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 @[^ 3yC#  
   11 CTE   0.720000E-04 X_PzK'#m  
   11 GTB U    'OKP4            ' IjhRSrCv  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ]T
rJ*~  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3U6QYD55]]  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !WyJ@pFU^  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 lO@-*m$  
   11 PLASTIC I"]E}nd)  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR 
KDN#CU  
   12 CC    -21.87743665 \KV.lG!  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 {V[xBL <  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 B;bP~e>W  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 U#f*  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ir^d7CV,  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 P}6#s'07~  
   13 CC     -2.93101390 k7Nx#%xx  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 >Iij,J5i  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 <(E)M@2  
   13 CTE   0.600000E-04 "|6(.S+o  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' :$Cm]RZ  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 -n:2US<  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Yte*$cJ=  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,IiKe_B  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 +aL6$  
   13 PLASTIC $Y/z+ea  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR q`AsnAzo&  
   14 CC     16.95417460 $bp'b<jx  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 >(:3H+  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ygTfQtN  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :/->m6C`0  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .UxkTads  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR Xp;'Wa"@  
END :{w3l O  
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另一种广角镜头： %YxKWZ/?  
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。 bP:u`!p -i  
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2)  
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 Ez <YD  
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。 ''2:ZXX  
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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。 Tu:lIy~A  
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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。 YloE4PAY7  
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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。