[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。 7JH6A'&  
Yj49
t_$b  
在这种情况下，有一个相当简单的方法可以很好地实现：首先画出一个前端，将光束转换成一个角度较小的光束，然后从那里开始，用 USE CURRENT 声明该部分。下面是一个例子： C&%_a~  
UiW>J  
我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头，F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先，我们必须创建一个可追迹的前端。 Wac&b  
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，并指定用于广角的物体类型 OBD，并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始，比如50度，然后，使用 WorkSheet™ 滑块，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时，增加 OBD 视场角，以这种方式继续，直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分： KZE,bi:~  
k4J+J.|  
-Q*gW2KmV  
镜头文件： +r2-S~f3N  
RLE I\ob7X'Xu!  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH A;M'LM-M  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 CD~.z7,LC  
APS               5 L="}ErmK  
UNITS MM |Rk@hzM2S  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 PJH&  
g2_"zDiw2  
   0 AIR #*
Ctwl,T  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR VTE .^EK!  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 F JyT+  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 57c8xk[.2  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR zrb}_  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 kffcm/  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 kuP(r  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     f-Z/tfC  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR YaqJ,"GlT  
END rx|pOz,:  
%'pgGC"|  
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 rey!{3U  
evmeqQG=  
CORE 16 > ~O.@|  
DSEARCH 2 QUIET _t^&Ah*  
USE CURRENT 5 ALL <LiPEo.R  
RA L~!"W  
GOALS dy[X3jQB  
ELEMENTS 5 -
iZ`Y?  
FNUM 2 1 8":Q)9;%  
BACK 10 SET D0f]$  
STOP MIDDLE ;2QP7PrSY  
STOP FREE 3JR+O<3D  
ASPH Q +NUG  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 @r1_U,0e  
FOV .2 .4 .6 .8 1 R:qW;n%AF  
DELAY OFF f!X[c?Xy"  
NGRID 6 S_H+WfIHV'  
SNAP 10 m8[j #=h  
PLASTIC 5 7 9 11 13 G3T]`Atf  
!QUICK 30 40 ");a3hD  
ANNEAL 50 10 Q Ny/MJ#Lq  
NPASS 50 z F;K  
END iy.\=Cs$N  
SPECIAL AANT J{G?-+`  
ACC 10 1 1 A04U /;  
ACA 70 1 10 @=u3ZVD  
LUL 90 .1 1 A TOTL ]ZS OM\}  
END Ow,b^|  
GO \9EjClfo  
>H,*H;6  
GQ ;;bcj&  
YS_;OFsd  
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。 e*1_8I#2  
Vxt+]5X  
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。 U6s[`H3I{  
"0TZTa1e  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 BMf@M  
K*dCc}:`  
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。 <1!O1ab  
klhtKp_p  
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： _)-o1`*-  
5!9zI+S|=`  
-UT}/:a  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 <gBA1oRz  
BJ(M2|VH  
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。 V(*
(F7+  
93hxSRw  
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。 bg0

Wnl  
\73ch  
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 5F"jkd+  
APS -9 > Nr#O  
CSTOP FVBYo%Ap  
WAP 2 fF kj+  
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。 (7*}-Uy[C  
=g
|FT  

>LuYHr  
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。 9cm#56  
zx7{U8*`<  
T[A69O]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。 Rlirs-WQ  
rVsJ`+L  
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。 ig &Y  
GPkpXVm  
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） p
()xz  
Y nZiTe@  
uW3!Yg@  
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。 7xa>  
RpYERAgT  
*uvQ\.  
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。 \nqS+on]  
RLE t&DEb_"De  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 wec)Ctj+  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           %u5]>]M+  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' ^sg,\zD 'X  
MERIT   0.617523E-03 b>9>uC@J15  
LOG        4 6S\8$  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 tklH@'q  
APS              -9 HUOj0T  
CSTOP 4v|W-h"K  
WAP                2 M& CqSd  
UNITS MM   5NLDYi@3  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         BL58] P84  
5E_YEBO/  
   0 AIR 5rUdv}.  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR ~<x:q6  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 da~],MN  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 7j)8Djzp|  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR *HB-QIl  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 gv{ >`AN  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 FU<Jp3<%  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR ?[>3QE  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 kz7(Z'pw  
   5 CC     15.35107422 gKCX|cULY  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 G9@0@2aY8  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 vSLtFMq^(  
   5 CTE   0.650000E-05 pcI uN  
   5 GTB U    'AD-5503         ' Nl
(Foya%)  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 RY*U"G0#w  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 eQvg7aO;  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5+ MS^H  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 dcWD(-  
   5 PLASTIC fLAw12;^  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR t<?,F  
   6 CC     -1.63833609 @!d{bQd,  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 eGbG
w  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 m<2M4u   
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8q
u6.
 
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 5.J.RE"M  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 jOD?|tK&  
   7 CC     -3.18613168 "Os_vlapHo  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 R,=fv  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 &XU
iKnNW  
   7 CTE   0.600000E-04 [;myHI`tw  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' Ef13Q]9|  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 &Z|P2dI  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 =zs`#-^8  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 g95`.V}  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 6/dI6C!  
   7 PLASTIC DkAAV9*  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR t#eTV@-
 
   8 CC     -0.98132904 iM3V=&)  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 r0 uwPf  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 tcog'nAz  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8BNi1Qn$  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 WvZ8/T'x  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 k~FRD?[u  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 ?p8_AL'RS  
   9 CC     -5.54999790 "i W"NFO  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 ,UdVNA  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 G?Hdq;  
   9 CTE   0.600000E-04 .y:U&Rw4  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' jdJ>9O0A,  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Oprk
R  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Jma1N;d  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 [0D.K}7|  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 )q3p-)@kQ  
   9 PLASTIC Q6I:"2u1  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR (Px OE  
   10 CC      0.92206943 X
h
;#  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 HT1!5
 
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 v0jgki4t  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 G+\GaY[  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !0mI;~q|F  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 L4y4RG/SJ:  
   11 CC     -0.42284721 qPfQy  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 ))'<_nD  
   11 CTE   0.720000E-04 *,WU?tl&  
   11 GTB U    'OKP4            ' /J6rv((  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 N_[*H  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !f&g-V  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^eYVWQ'  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 &H:(z4/  
   11 PLASTIC y:qUn!3  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR )U{Qj5W+F  
   12 CC    -21.87743665 RQu(Wu|m.  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 oIj#>1~c%  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 A '];`  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !H>R%g#28_  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 nt7.?$  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 6ar   
   13 CC     -2.93101390 w!clI8v/  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 zu|\fP  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 9o:Lz5
o  
   13 CTE   0.600000E-04 $aXer:  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' ]1pIj i[  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `XEr(e9  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Whf.fK  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Y#$%iF  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 oj_3ZsO  
   13 PLASTIC LW_f  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR yhA6i  
   14 CC     16.95417460 =D#bb<o  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Lrq.Ab#  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 v9O~@v{=  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _&ks1cw  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^V Zk+'4  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR HYSIN^<oy  
END %m$Sp47  
;)^`3`  
另一种广角镜头： ZlzjVU/E  
在本章的第一部分中，我们观察到，超过90度的输入角需要一个定制的前端，其目的是将主射线的角度减小到一个更易于控制的值，以便光线能够通过。但如果这个领域的角度小于90度，工作就简单多了。 t"'7m^j  
|02gupqqi  
点击打开 C45M2，我们使用 DSEARCH 本身，没有添加前端，并指定广角校正参数(WAC)为50度，此镜头的最大视场角为86度而不是92.4度 ]R9HyCl&a6  
本例中，搜索统计显示，待分析的128例中，共有59例由于光线追迹失败而跳过。如果在不带WAC参数的情况下运行这个宏，程序将跳过128种情况中的125种。不要跳过用例总是一个好主意，因为有希望的配置可能会被错过。当你用 DSEARCH 搜索最佳镜头设计时，WAC参数是你可以尝试的另一个参数。 [>5-$YOT  
Ur=(.%@  
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。 RMWHN:9  
t+T4-1 3a  
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。 T&o(N3lW  
!fR3(=oN  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。