[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。 gj(l&F *@  
wz2)seZY  
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： G;.u>92r|  
7.=s1~p  
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。 (]uoN4  
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： D"><S<C\C  
>5Rw~  
Le+8s LE`Y  
镜头文件： MkIO0&0O  
RLE &S`'o%B  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 8YkH  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 #SOj4W  
APS               5 I;PO$T  
UNITS MM jT_Tx\k  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 D+nj[8y  
K":tr~V;  
   0 AIR UmMYe4LQR  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR iK23`@&%_  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 <{~UKi  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 |L#r)$n{1  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR 'wHkE/83  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 #8HXR3L5=!  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 G(,~{N||  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     Ya{1/AaM  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR Q>Q}/{8!  
END y^fU_L?p  
DFH6.0UW  
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。 uw&,pq  
AMiFsgBj  
CORE 16 pNsLoNZ3w  
DSEARCH 2 QUIET u$^`hzfI  
USE CURRENT 5 ALL ?Gu>!7  
~#Mx&mZ  
GOALS 1F8EL)9  
ELEMENTS 5 `h]f(  
FNUM 2 1 )eyxAg  
BACK 10 SET <;"=a
h7A  
STOP MIDDLE WHT%m|yn  
STOP FREE ':dHYvP/UX  
ASPH Q (`*wiu+i  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 \mGM#E  
FOV .2 .4 .6 .8 1 EF~PM

 
DELAY OFF 2J;CiEB  
NGRID 6 e@By@r&nql  
SNAP 10 pP&M]'  
PLASTIC 5 7 9 11 13 }A^,y  
!QUICK 30 40 <rF  
ANNEAL 50 10 Q %q^]./3p  
NPASS 50 >$F]Ss)$  
END '+wTrW m~j  
SPECIAL AANT m8'1@1d|  
ACC 10 1 1 kMXl {  
ACA 70 1 10 kRPg^Fw"Vw  
LUL 90 .1 1 A TOTL //|Vj | =  
END @xEQ<g  
GO cGKk2'v?  
E .5xzY  
^eii 4  
\9^@,kfP  
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。 o5uwa{v  
:Ib\v88WIv  
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。 L8Q!6oO=<  
uip]K{/A!e  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 QZol(2~Y  
I5]zOKlVR  
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。 "5K:"m  
$P_Y8:  
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： @$]h[   
,PYe7c  
.anL}OA_q  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 MZ'HMYed   
4p.O<f;A8  
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。 566EMy|  
syF/jWM5  
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。 uY,FugWbl  
N<x5:f#+  
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 E2MpMR  
APS -9 aO1cd_d6x_  
CSTOP a$ }^z  
WAP 2 0W)_5f&  
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。 sdLFBiR  
0Ko,S(M_  
k
cle|B  
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。 ee0J;pP2#  
IX}l)t[:(  
B?jF1F!9  
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。  [7bY(  
h
RP0D
jc  
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。 =c|Bu^(Ctw  
;(XSw%Y H  
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） QwhP
N'U  
hm&~6rB  
bH
p
|>g  
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。 M?,;TJ7Gd  
8w{V[@QLn  
PgVM>_nHk  
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。 , 7}Ri  
RLE ^0r@",  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 G",+jR]  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           C}M0KDF  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' j*CnnM#n  
MERIT   0.617523E-03 mk[n3oE1  
LOG        4 }b1P!xb!A  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 l!`m}$  
APS              -9 n.XT-X^  
CSTOP L:~ "Vw6]_  
WAP                2 wt-)5f'{  
UNITS MM   V;>p@uE,P  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         ]E,  
A6-JV8^  
   0 AIR XrYz[h*)!  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR ?:UDK?  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 d kPfdK}G  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 Cfa?LgSz  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR si)920?E&  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 C]{43  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 `^RpT]S  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR Dk/;`sXV  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 %|4Nmf$:Og  
   5 CC     15.35107422 j:rGFd  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 _8kZ>w(L  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 l\a 0 k4  
   5 CTE   0.650000E-05 4h?[NOA"  
   5 GTB U    'AD-5503         ' g;vG6!;E\  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 {73Z$w1%  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ShFSBD\M#  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Wcw$ Zv  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 tyNT1F{  
   5 PLASTIC "4|D"|wI)  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR R Mrh@9g  
   6 CC     -1.63833609 Y0 Ta&TYZ0  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 2{% U\^-  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 vEk jd#  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _|`S9Nms  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 hxGZ}zq*S  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 b+9M? k"  
   7 CC     -3.18613168 ilHZx2k  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 :iP2e+j  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 =E,^ +`M  
   7 CTE   0.600000E-04 s,)Z8H  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' [}}?a  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 fczId"   
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &;DK^ta*P  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 q ^Un,h64t  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 j|c  
   7 PLASTIC 8GgZAu'X  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR SvLI%>B
=9  
   8 CC     -0.98132904 Qyx%:PE  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ).0klwfV  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Ii FeO  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -fKo~\Pr  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 MH7 n@.t  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 589hfET  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 G<:_O-cPSv  
   9 CC     -5.54999790 f9ux+XQk9  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 pY]T32  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 &m[ZpJ9  
   9 CTE   0.600000E-04 m[n=t5~  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' 7vZtEwC)n  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 W>W b|W  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 L8R{W0Zr>!  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 t$~CLq5ad  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 {02$pO  
   9 PLASTIC &Z'3n9zl  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR mk.1jx?l  
   10 CC      0.92206943 s R/z)U_  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 lEAf\T7  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 4Ys\<\~d  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 k4T`{s}e  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Z?JR6;@W  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 cvOCBg38BH  
   11 CC     -0.42284721 R?62gH  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 -A]-o
  
   11 CTE   0.720000E-04 /tdRUX  
   11 GTB U    'OKP4            ' [/=Z2mtA  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Q&5s,)w-  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 f?JP=j  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Fv_B(a  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 _w}l,   
   11 PLASTIC E4N/or  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR RE0ud_q2  
   12 CC    -21.87743665 %fuV
]  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 6L<Y   
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 E]O/'-
 
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 G!)Q"+  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 j DkBe-`  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 <EKTFHJ!  
   13 CC     -2.93101390 ni$;"RGC  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 1'B&e)  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 b|-}?@&7&q  
   13 CTE   0.600000E-04 [a_'pAH  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' H-,p.$3}  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 eC3 ~|G_O  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 i@`qam   
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6]r#6c%  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 %At.nlss  
   13 PLASTIC +'/C(5y)0X  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR od)ssL&E~  
   14 CC     16.95417460 )g?ox{Hol  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00
GdYQq.  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00  RnSll-  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 =w!2R QB  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 pAws{3(Q  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR ,8.$!Zia  
END p9 G{Q  
6p9 {z42  
另一种广角镜头： T/FZn{I  
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。 O!il
TMr  
QHxof7  
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 9}_'  
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。 ,^7]F"5
 
$<9u:.9xf  
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。  =W&m{F96  
CpB,L  
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。 xs&xcRR"  
+v~x_E5FP  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。