[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。 \e:d)^cbh  
VcgBLkIF  
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： zCe/Kukvy  
}E&NPp>  
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。 UQ8bN I7  
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： JWHSnu!  
:pC;`iQ  
^^?q$1k6r*  
镜头文件： \L]|-f(4  
RLE mP}#Ccji?  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH yfe'>]7  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 Y& {|Sw7?  
APS               5 1(gfdx9|b  
UNITS MM 9`Q@'(m  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 =!.mGW-Q}  
g1[&c+=U`P  
   0 AIR BGWAh2w6  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR ;st\I  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 $&{IKP)u  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 9O98Q6-s  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR trYTs,KV  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 yI8tH!  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 W{Q)-y  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR    
~brFo2  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR v,1F-
-v  
END /9hR  
zK5bO=0j  
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 b`~wGe  
\V%_hl  
CORE 16 8tc*.H{^+  
DSEARCH 2 QUIET (xT*LF+  
USE CURRENT 5 ALL fE;Q:# Z.  
`/:
cfP\  
GOALS D3]BTkMMS;  
ELEMENTS 5 &O1v,$}'  
FNUM 2 1 2@i;_
3sv  
BACK 10 SET +x1/-J8_sg  
STOP MIDDLE =uV,bG5V1  
STOP FREE i/qTFQst _  
ASPH Q GjQfi'vCk  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 v3^|"}\q5  
FOV .2 .4 .6 .8 1 NPJ.+
ph  
DELAY OFF kBsXfVs
9  
NGRID 6 1y[B[\  
SNAP 10 7_)|I? =0d  
PLASTIC 5 7 9 11 13 '"xiS$b(  
!QUICK 30 40 =3'(A14C=  
ANNEAL 50 10 Q *xH\)|3,  
NPASS 50 ImkrV{,e  
END v\A.Tyy  
SPECIAL AANT []p"3i  
ACC 10 1 1 dH
II.=lT  
ACA 70 1 10 &8?`<   
LUL 90 .1 1 A TOTL XAD3Z?  
END WZ~> BM  
GO =*MR(b>  
Z)9R9s  
}~I|t!GL  
L.)yXuo4  
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。 ti_u!kNv  
KD*O%@X5C  
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。 ecFi(eMD  
ZBM!MSf:  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 !v>ew9  
#A<"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。 J r*"V`  
X"/~4\tJ"  
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： ;z>p8N  
jD9lz-Y@  
i21QJ6jPcI  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 rsxRk7s@  
8
hB.fau  
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。 ,wK 1=7  
J/kH%_ >Ir  
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。 o#{#r@,i  
I'InZ0J2  
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 14l; *  
APS -9 8
/m3+5  
CSTOP yazZw}};  
WAP 2 &?T${*~  
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 UrK"u{G  
GOr}/y;  
Zi1YZxF`Y  
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 8+(c1  
ETelbj;0  
Qp+lJAY  
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 t2.juoI(  
eH[y[~r  
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 FsY`nWwg  
b|wWHNEdb,  
再次运行 MRG，这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑胶。设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） gKQ@!UU8  
z7q%,yw3N  
<2)v9c  
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 e7|d=W  
5f3!NeI  
(WMLNv  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 _z%\
'(l+  
RLE 9OZ>y0)K~  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 Gx|Dql  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           Z@nmjji  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' b,vL8*  
MERIT   0.617523E-03 u[J7Y  
LOG        4 !vrnoFVu  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 1eF@_Y^a!  
APS              -9 ]>*I)H)  
CSTOP a;yV#Y  
WAP                2 :|fl?{E  
UNITS MM  
3H <`Z4;  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         /0!$p[cjm  
|nfH-JytV  
   0 AIR Oo$%Yh51~  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR +}Auk|>Dc  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 G`WzJS*}v  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 `7$Oh{67  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR ?e2Y`0  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 <H_LFrB$W  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 /Sh4pu"'  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR BDnBBbBrz  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 A1 b6Zt  
   5 CC     15.35107422 A7e_w 7?a  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 p+5#dbyr  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 :.C)7( 8S  
   5 CTE   0.650000E-05 GdL4|xv  
   5 GTB U    'AD-5503         ' ":z@c,  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 uRs9}dzv  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _"`uqW79  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 /$<JCNGv  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 v.]'%+::#  
   5 PLASTIC {<~s&EPd  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR 0sY#MHPT&  
   6 CC     -1.63833609 xQZMCd  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 J$<:/^t  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 b^;N>zx  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 jCam,$oE  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 >DkN+S  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 8UlB~fVg  
   7 CC     -3.18613168 7Im}~3NJG  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 FC~|&  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 WJBW:2=;  
   7 CTE   0.600000E-04 b^@`uDb6  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' M_|M&lR>  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 / *Ou$  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 m]  EDuW  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 t>m8iS>  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 56VE[G  
   7 PLASTIC [%7IQ4`{  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR Z={UM/6w  
   8 CC     -0.98132904 $Cut  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .[]{
 Q  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |~Htj4K/  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 X*43!\  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 R4[. n@  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 q^Q|.&_k /  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 4Q&Xb <  
   9 CC     -5.54999790 cob9hj#&7  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Z5{*? 2  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 fbi H   
   9 CTE   0.600000E-04 zDKLo 3:  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' {[H4G,QK  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 c4FOfH|  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 >Lo6='G  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 W ??;4  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 }A)^XZ/  
   9 PLASTIC }7f 1(#{7  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR v3iDh8.__  
   10 CC      0.92206943 ,APGPE}I[  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 z{7,.S u  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7"h=MB_  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 UEx(~>  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 >'BU*  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 i2`.#YJ&v  
   11 CC     -0.42284721 6i*p +S?U"  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 !nZI? z;  
   11 CTE   0.720000E-04 /zDSlj<c  
   11 GTB U    'OKP4            ' 38zR\@'j]4  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 6x`\ J2x  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Q{(,/}kA-  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 [rD+8,zVm  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 $j$\ccG  
   11 PLASTIC P:bVcta9g  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR l7=$4As/hI  
   12 CC    -21.87743665 OsHkAI  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 u0(hVK`":  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 4#'^\5  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 & y 2GQJE  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 q?gQ  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 TZ`]#^kU  
   13 CC     -2.93101390 &</@0  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 #lLn='
4  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 f%(e,KgW=  
   13 CTE   0.600000E-04 kW7&~tX  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' x1 R!  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 o i,
g  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 D7n&9Z  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ta+"lM7A}$  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 e!L sc3@  
   13 PLASTIC l{%Op\  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR {H"=PYR  
   14 CC     16.95417460 iNaC ZC  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 b5iJm-  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 l[!C-Tq  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !W6    
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Yg:74; .  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR BLYk <m  
END d/-0B<ts  
FB^dp}  
另一种广角镜头： 6A{s%v H  
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。 jv?aB   
JUUF^/J  
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 Lqf#,J  
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。 ^ZViQ$a"h;  
nk?xNe4  
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。 N]P*6sf-6  
=kZwB*7  
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。 UmHJ/DI@  
lhvZ*
[[<)  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。