[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。 ~Pj q
3etk  
$nb.[si\  
在这种情况下，有一个相当简单的方法可以很好地实现：首先画出一个前端，将光束转换成一个角度较小的光束，然后从那里开始，用 USE CURRENT 声明该部分。下面是一个例子： Xhq7)/jp  
VV{>Kq+&,v  
我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头，F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先，我们必须创建一个可追迹的前端。 2t4\L3  
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，并指定用于广角的物体类型 OBD，并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始，比如50度，然后，使用 WorkSheet™ 滑块，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时，增加 OBD 视场角，以这种方式继续，直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分： * bd3^mP  
<.mH-Y5i  
=W &Mt  
镜头文件： Wqkzj^;"G  
RLE &JXb) W  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH l n\qvD_  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 B>W8pZu-J  
APS               5 W#%s0EN<_  
UNITS MM }jUsv8`}8R  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 lXg5UrW  
D<m0G]Ht*  
   0 AIR [}YUi>NGA  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR 5f{P% x(  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 .L+XV y  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 8L,=E
ap  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR +SR{FF  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 oNtoqYw
H  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 u4_QLf@I  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     }DXG;L  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR gfs;?vP  
END Z,/K$;YWo  
~_-]> SI  
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。 (c>g7d<>n  
Kp6 @?  
CORE 16 #R{>@]x`  
DSEARCH 2 QUIET 59O-"Sc[  
USE CURRENT 5 ALL *I)J%#  
~N/r;omVc  
GOALS O5:bdt.  
ELEMENTS 5 %rMCiz  
FNUM 2 1 JwB'B  
BACK 10 SET bx(@ fl:m  
STOP MIDDLE m/1FVC@*  
STOP FREE 8f/KNh7#s  
ASPH Q y-db CYMc  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 v!8=B21  
FOV .2 .4 .6 .8 1 N(Ru/9!y"  
DELAY OFF %\v8FCb  
NGRID 6 c3O/#*  
SNAP 10 ~PI2G9  
PLASTIC 5 7 9 11 13 0eNdKE  
!QUICK 30 40 W|7|XO  
ANNEAL 50 10 Q
bDM},(  
NPASS 50 a$"nNmD?  
END }! EVf
 
SPECIAL AANT ~<?Zj  
ACC 10 1 1 ,\s`T O  
ACA 70 1 10 !,$#i  
LUL 90 .1 1 A TOTL Y>8Q
j+d  
END DxV=S0P  
GO 8u2k-_9  
wX0D^)NtF  
r*+~(
83k  
>`\.i,X.D  
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'f@;  
->rqr#  
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。 ? `p/jA  
H-PVV&r  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。  xgcxA:  
WM'!|lg  
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。 :QGkYJ  
byxlC?q7  
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： KClkPL!jP  
az F!V  
+6#$6hG  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 zr/v.$<  
hSm?Z!+  
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。 XM`GK>*aC(  
=&z+7Pe[  
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。 @G"nkB   
2g= 6s  
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 :
C*}Yg  
APS -9 DK74s  
CSTOP V: D;?$Jl  
WAP 2 R iLl\S#  
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。 NPK;  
uge r:cD  
YVMvT>/,  
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。 $|=|"/  
YB"gLv?  
^I!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。 pG#tMec  
g{V
(WyT@  
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。 [P &B  
G'\[dwD,u  
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） .o/|]d`%  
l zFiZx  
|Q/LC0?  
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。 ^*}D*=>\  
nnyT,e%  
uOv<*Jld*  
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。 %unn{92)  
RLE KNeVSZT  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 8xLQ" l+"  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           ,7B7X)m{3  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' zIF1A*UH  
MERIT   0.617523E-03 Xex7Lr&  
LOG        4 6]1RxrAV  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ~EBaVl ({  
APS              -9 +ywz@0nx  
CSTOP <.ZIhDiEl  
WAP                2 w5i*pOG)Z  
UNITS MM   @ym:@<D  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         >V^8<^?G  
q]="ek&_  
   0 AIR 2E-Kz?,:[  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR f!+d*9  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 &`m.]RV  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 5$U49j  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR (csk   
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 1|p\rHGd  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 %Ik5|\ob?  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR aG7Lm2{c"  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 DNmC   
   5 CC     15.35107422 rPB Ju0D"  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 NN7KwVg
 
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ?*~ ~O
k  
   5 CTE   0.650000E-05 E/H9
#  
   5 GTB U    'AD-5503         ' ()|e xWW  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 pss')YP.  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 i|h{<X7[  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 y;ey(  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 S_sHwObFu|  
   5 PLASTIC $~8gh>`]  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR SVa^:\"$[  
   6 CC     -1.63833609 2po8n_  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 PlCw,=K8f  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 GNW$:=0u  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 F42^Uoaz  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 n!zB+hW  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 Nn_b  
   7 CC     -3.18613168 w
%wVB/(  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 3x(Y+ ymP  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 |$tF{\  
   7 CTE   0.600000E-04 9uxoMjR-  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' tuH#Cy  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 HAc"&#pG  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 RQ8"vF#  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 VKPsg  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ;-i)}<  
   7 PLASTIC {U9{*e$=  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR `$"{-  
   8 CC     -0.98132904 ,M]W_\N~E  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 G9S3r3  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 fm#7}Y  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 fhk(<KZvJ  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 E.C=VfBW  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 s|WcJV  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 )l*3^kwL{U  
   9 CC     -5.54999790 )[99SM   
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 5bZ0}^FYF  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 7yG%E  
   9 CTE   0.600000E-04 B|syb!g  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' #x;d+Q@  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 C^?/9\  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -Nr*na^H9#  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7LaRFL.,kO  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 P{RGW.Ci@  
   9 PLASTIC P/S,dhs(  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR a{e1g93}  
   10 CC      0.92206943 VaonG]Ues  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 O>*Vo!z\f  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 G~zfPBN0D  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Us[F@  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 bz1`f>%l  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 (Rs;+S  
   11 CC     -0.42284721 t.!?"kP"c  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 {h|kx/4{m  
   11 CTE   0.720000E-04 &w=ul'R98  
   11 GTB U    'OKP4            ' uv$utu>< *  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Vf(..
8  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^Ux.s Q  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 4Qi-zNNB  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 '0Q/oU  
   11 PLASTIC =BD|uIR  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR h1Y^+A_  
   12 CC    -21.87743665 $;";i:H`  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ?`:+SncI"b  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 B<|Vm.D  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 xxgdp. (  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 u
n`4q-S7  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 U[pR`u
 
   13 CC     -2.93101390 =OrVaZ0  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 oh:.iL}j  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ?>R(;B|ER  
   13 CTE   0.600000E-04 Q*f0YjH!  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' (j%"iQD  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 DEPsud;  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 jlyuu  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 H ~<.2b  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 qus%?B{b}  
   13 PLASTIC ErQGVE;zk  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR ;+3@S`2r  
   14 CC     16.95417460 P#:nXc$  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 nWd;XR6|  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 (76tYt~I=  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3z k},8fu  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 {XXnMO4uR;  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR U@}r?!)"f  
END X4k|k>  
hBDmC_\~  
另一种广角镜头： 7$Cv=8  
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。 DRVvC~M-,  
d|sf2   
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 gP!k[E,Q8  
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。 `Gg,oCQg  
(s51GRC  
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。 Eh *u6K)Z  
F:Yp1Wrb<  
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。 5^{2g^jH6  
j^/^PUR  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。