[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。 8:&@MZQ&!  
>uuX<\cW  
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： #Y18z5vo  
6:EO  
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。 R9CAw>s  
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： p[o2F5 T2  
`P z !
H  
p-7dJ  
镜头文件： Xj-3C[8@  
RLE vl*RRoJ  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH I'@ }Yjm|  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 '[-/Xa['  
APS               5 K0E;4r  
UNITS MM J5o"JRJ"  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 2h
px%H  
&1[5b8H;+  
   0 AIR 7CIje=u.q  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR U50X`J  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 rzTyHK[  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 }%1E9u  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR ZbGyl}8ua  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 F@I_sGCcb  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 c"z%AzUV'  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     x9ws@=[:  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR ~T-.k 7t  
END _N]yI0k(  
hW},%  
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。 Ml3F\ fAW  
53T2w,?  
CORE 16 E+2y-B)E  
DSEARCH 2 QUIET GS,pl9#V_  
USE CURRENT 5 ALL .6"7Xxe]<  
<^~F~]wnH  
GOALS X%-4x  
ELEMENTS 5 zm}
1~A  
FNUM 2 1 zR .MXr  
BACK 10 SET vK{K#{  
STOP MIDDLE p&\uF#I;  
STOP FREE lxd<^R3i#^  
ASPH Q +|?c_vD  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 M`<D Z<:<  
FOV .2 .4 .6 .8 1 2<O8=I _  
DELAY OFF i!HGM=f  
NGRID 6 _NkN3f5 1L  
SNAP 10 }n=NHHtJ  
PLASTIC 5 7 9 11 13 B'
;Ob  
!QUICK 30 40 )6j:Mbz  
ANNEAL 50 10 Q O>Sbb2q?"  
NPASS 50 %G@aZWk Sa  
END Mm;)O'XDE  
SPECIAL AANT pE<' '`  
ACC 10 1 1 "+WR[-n>\  
ACA 70 1 10 S'O0'5U@  
LUL 90 .1 1 A TOTL 0%t|?@HoN  
END L8G4K)  
GO <D^x6{}  
; M(}fV]  
CQ`(,F3(  
e&5K]W0{  
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。 _e3'f:  
-^5R51  
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。 Dpd$&Wr0Y  
GEA;9TU|V  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 zaZ}:N/w(z  
LZVO9e]  
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。 P Cf|^X#B  
m&q;.|W  
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： >+#[O"  
JK(&E{80  
Kv]6 b2HT  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 6!nb)auVi  
nf4P2<L!  
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。 RtL<hD  
Em,!=v(*  
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。 ;]Aa  
fq|2E&&v  
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 %\cC]<>  
APS -9 4Le5Ms/  
CSTOP Lvq]SzOw  
WAP 2 /aqN`  
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。 1,T9HpM  
mz*z1`\7v\  
{nefS\#{  
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。 v+#j>   
ib_Gy77Os  
\6hL W_q1  
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。 ~ ""MeaM8[  
$kma#7  
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 `4bd,  
`tG_O  
再次运行 MRG，这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑胶。设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） *fSM'q;  
k+[KD>;1  
V(u2{4gZ  
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 ]$*{<
  
ib\[ ~rg  
~8t}*oV   
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。 @/~k8M/  
RLE ]B3FTqR{i  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 AvE^ F1  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           /]zib@i  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' W \}}gIEM+  
MERIT   0.617523E-03 H?j-=Zka  
LOG        4 Nf'dT;s.N  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 0 jP00   
APS              -9 W8$=a
  
CSTOP g[au-.:  
WAP                2 t;dQ~e20  
UNITS MM   O2]r]9sh*  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         |Xm4(FN\  
o:8S$F`O@  
   0 AIR V-;nj,.mY  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR ]ZGvRA&  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 a^c,=X3  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 o+-Ge J  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR UD<^r]'x  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 o|qeh<2=x  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 'Z2N{65  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR QP5:M!O<)  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 5Vnr"d  
   5 CC     15.35107422 "1!.^<V*  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 V,XP&,no\j  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 4zqE?$HM'  
   5 CTE   0.650000E-05 B N*,!fx  
   5 GTB U    'AD-5503         ' }'V'Y[  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Wytvs*\`  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 m0A@jWgd  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 M-Z6TL  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 )fd-IYi-3  
   5 PLASTIC ]u4>;sa  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR av; (b3Lq  
   6 CC     -1.63833609 nhP~jJn  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 B`Or#G3ph  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $qlqWy-s  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 FJjF*2.  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 i[ Gw7'f  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 |T$a+lHMD  
   7 CC     -3.18613168 i. u15$  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 1x\W521  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 b*FU*)<4.  
   7 CTE   0.600000E-04 +wz`_i)!  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' c;21i;&,9  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *]:G7SW{  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 s;_#7x#  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7<R6T9g  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 y13CR2t6  
   7 PLASTIC t)oES>W1  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR a(x.{}uG,  
   8 CC     -0.98132904 _yxe2[TD  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 n^JUZ8  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0l(E!d8&
'  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ]*g ss'N  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^i`3cCFB<  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 nz&b5Xb2  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 [I++>4  
   9 CC     -5.54999790 "]SJbuzh  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 !X\sQNp  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 SrQ4y`?  
   9 CTE   0.600000E-04 6"7:44O;G  
   9 GTB U    'ZEON480R        '  '{j
\0  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 hpqHllL  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 c?p0#3%L#  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 %/tGkS6  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 u,Q_WR-wJ  
   9 PLASTIC s]F?=yEp  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR =0C l  
   10 CC      0.92206943 , `[Z`SUk`  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 {
hvQ<7b  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 d6t)gG*5  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 I5TQ>WJbf  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 r|\5'ZMx  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 HC9vc,Fp  
   11 CC     -0.42284721 lnS\5J  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862  r21?c|IP  
   11 CTE   0.720000E-04 zH=/.31Q  
   11 GTB U    'OKP4            ' <i{m.pR>  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ]Efh(Gb]  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Qb6QXjN Q  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~>N`<S  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 5bF9IH  
   11 PLASTIC DqurHQ z)m  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR Y91 e1PsV  
   12 CC    -21.87743665 ~J:$gu~`  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 80FCe(U  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Edf=?K+\!i  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 c ,h.`~{  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 f"ZqA'KB#  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 ;e#>n!<u  
   13 CC     -2.93101390 `G"|MM>P  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 XJ f+Eh  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Hl^aUp.c  
   13 CTE   0.600000E-04 hV3,^#9o  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' dp"<KcP_  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 }|Hw0zP.  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 QmWC2$b  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <_BqpZ^`  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 [ -9)T  
   13 PLASTIC ILkjz^  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR 4B:\  
   14 CC     16.95417460 Qag|nLoT  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 D:YN_J"kV  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 vO}qjw  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 )^jQkfL  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 5z9r S<  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR ~&wXXVK3  
END o :.~X  
3n.+_jQ>s  
另一种广角镜头： v?Z'[l  
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。 2k.S[?)  
D 7Gd
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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 Du)B9s  
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。 7j@^+rkr3f  
q6;OS.f  
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。 W9 n^T+2  
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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。 )HJK '@  
C!$Xv&"r  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。