[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。 z;Fz3s7  
.k
Mnq8u  
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： vqO#Z  
<r`;$K  
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。  ;Q4,I[?%  
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： * fj`+J  
CQ^(/B^c  
Uxi
k&M  
镜头文件： -3azA7tzz  
RLE );6f8H@G  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH $!y^t$u$@  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 yFQaNuZPC  
APS               5
H$ g*  
UNITS MM CR%h$+dzy  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 ,d&3IhYhD  
)pT5"{  
   0 AIR (v|<" tv  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR +G[zE  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 u%E8&T8,  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 s/s&d pT*  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR #62ThH~  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 c00rq ~<K  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 +PI}$c-|`  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     V45adDiZ  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR EzjK{v">  
END Dq$1 j%4Y  
\[.qN  
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。 %"fO^KA.h]  
RWo7_XO  
CORE 16 6NhGTLI  
DSEARCH 2 QUIET T]tu#h{ a  
USE CURRENT 5 ALL rKI<!  
un -h%-e|  
GOALS ID!S}D  
ELEMENTS 5 Zv=pS (9  
FNUM 2 1 D1v0`od'  
BACK 10 SET J5HK1  
STOP MIDDLE [u2t1^#Ol  
STOP FREE 9#&H'mG  
ASPH Q QRBx}!:NZ#  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 C4.GtY8,d  
FOV .2 .4 .6 .8 1 2;s[m3  
DELAY OFF OY:rcGc`t  
NGRID 6 a`#lYM%(>  
SNAP 10 6o\uv  
PLASTIC 5 7 9 11 13 q>>1?hzA  
!QUICK 30 40 qm:C1#<p   
ANNEAL 50 10 Q X9]} UX  
NPASS 50 ryh"/lu[B  
END hhZ%{lqL  
SPECIAL AANT I^![)# FC  
ACC 10 1 1 f+n {9Hz  
ACA 70 1 10 x4L3Z__  
LUL 90 .1 1 A TOTL $ B&ZnZ?  
END r~f;g9I  
GO PQSmBTs.  
~M} K]Li  
UdM2!f  
R2-F@_  
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。 &?H$-r1/?V  
jaKW[@<  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 @P75f5p}<  
42"nbJ  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 Q>Z~={"  
g@4~,  
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 S\A0gOL^  
J9*;Bqzim  
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： ,h'Q  
EC[]L'IL  
KRT&]2  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 A-=hvJ5T  
UWV%y P  
现在需要进一步改进设计。运行 DSEARCH 产生的优化 MACro，镜头的性能变化很小。 >uq0}HB$a  
'F.P93  
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。 Qr3!6  
EwFq1~  
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 q@[F|EF=  
APS -9 ^GY^g-R  
CSTOP Y!_c/!Tx  
WAP 2 hB.8\-}QMq  
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。 pY )x&uM!  
md'wre3  
ut560,h~  
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。 S!=R\_{u$  
{fHor  
r.zgLZ}3&V  
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。 jF}kV%E  
GEf=A.WAfw  
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。 !JrKTB%  
cRrJZ9  
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） _1G/qHf^S  
{._'Q
[  
SQ2v  
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。 }l$zZ>.\H  
c]#}#RJ`\  
Fd<Ouyxqe  
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。 rmkBp_i{|  
RLE ~<VxtcEBz  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 Z@Q*An  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           g&2g>]  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' Y3:HQ0w`|  
MERIT   0.617523E-03 BX[IW
P\%  
LOG        4 E#(e2Z=  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 Q2m
[XcnX  
APS              -9 {q8|/{;  
CSTOP ky[Cx!81C  
WAP                2 9 CZ@IFS  
UNITS MM   aQx6;PC  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         k $^/$N  
Z!|r>  
   0 AIR t>}S@T{~T  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR HLV8_~gQPf  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 gF)-Ci  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 Kj @<$ChZw  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR +yfUB8Xw  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 }a5TY("d9H  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 ~\NQkaBkY  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR uVU)LOx  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 hfY/)-60o  
   5 CC     15.35107422 ">wvd*w0"(  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 nN<,rN{:  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 t`Z3*?UqI  
   5 CTE   0.650000E-05 dE,E,tv  
   5 GTB U    'AD-5503         ' /FXvrH(  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 oz=ULPZ%  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 iU 6,B  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 1DcBF@3sWG  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 X+A@//,7  
   5 PLASTIC tUU
Lpx.h  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR >>KI_$V  
   6 CC     -1.63833609 hIqUidJod  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ]FVJQS2h  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 klQmo30i  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 =bD.5,F)  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 (N&?
Z]|yr  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 $)ka1L"N  
   7 CC     -3.18613168 M}11 tUl  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 *> nOL  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 bv]SR_Tiq  
   7 CTE   0.600000E-04 TX$dxHSPK  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' --l UEo~  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 \w1XOm [)  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 z-gMk@l  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *Xk5H,:  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 DQW)^j h  
   7 PLASTIC [UzacXt  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR hE=xS:6  
   8 CC     -0.98132904 T:{&eWH  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 HJg&fkHn1  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 rM= :{   
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 MCibYvc[  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00
$<)]~**K  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 T$u
'+* Xx  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 dI%jR&.e;  
   9 CC     -5.54999790 ; ,sNRES3  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 n5"oXpcIx  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 +zche  
   9 CTE   0.600000E-04 Wm-$l  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' -DHzBq=H  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 fTR6]i;  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 aG;F=e  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 pEcYfj3M  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *8,W$pe3  
   9 PLASTIC P]^OSPRg  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR l9|K,YVW  
   10 CC      0.92206943 {~9HJDcM  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^ICSh8C  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Ot47.z  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 r@r*|5
0  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !$1qnsz  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 AC <2.i_  
   11 CC     -0.42284721 QpQ2hNf  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 +jF|8  
   11 CTE   0.720000E-04 S[$9_Jf  
   11 GTB U    'OKP4            ' cA4?[F  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 r3' DXP  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 lbt8S.fx  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 dDl+  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 XZ.D<T"  
   11 PLASTIC 9Cd/SlNV2  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR lq53 xT  
   12 CC    -21.87743665 `.JW_F)1  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 fgL"\d}  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 N}VoO0I  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 x*F-d2D  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 /y{fDCC  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 ;0kAm Vy  
   13 CC     -2.93101390 )?ra
dg  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 p2l@6\m\  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 (Q||
5  
   13 CTE   0.600000E-04 g,WTXRy  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' -eK0 +beQ  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 5|eX@?QF58  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3 $%#n*  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^,=}'H]  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .{ILeG  
   13 PLASTIC ~.^:?yCA  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR 3O*
iv{-&  
   14 CC     16.95417460 ZhCz]z~tj6  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 mz1m^p)~{  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 PO'K?hVS^w  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 r]xN&Ne5Q  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 DI;LhS*z  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR ?+=,t]`!m  
END C[znUI>  
sdCG}..`  
另一种广角镜头： R&t2   
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。 \ CcVk"/  
d!<>Fh^6,  
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 L=Aj+  
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。 ]g9SUFM  
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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。 Gl{'a
1  
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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。 n)a/pO_  
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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。