[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。 Y]7 6y>|e  
"'C5B>qO  
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： e
D8e0 D'S  
#r/5!*3  
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。 axOEL:-|Bu  
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： |h&Z.  
|*^}e54  
3 .K #,  
镜头文件： =WHI/|&  
RLE D8{
,}@  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH \_YDSmjy  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ^$X|Lq  
APS               5 P| hwLM  
UNITS MM P&Uj?et"  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 "dT"6,  
V(8,94vm  
   0 AIR =sAU5Ag68  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR z{&z  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 pXvys]@  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 m41%?uC/  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR 7dv!  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 2j#Dwa(lZQ  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 
[%O f  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     o/Q|R+yXV  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR +z:>Nl  
END rNurzag  
P)#h4|xZ  
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 @;x*~0GZ  
)+DDIq  
CORE 16 97qf3^gGd  
DSEARCH 2 QUIET ?rA3<j  
USE CURRENT 5 ALL =XK}eQ_d  
(G/(w%#7_  
GOALS g5RH:]DV  
ELEMENTS 5 rxqSi0p  
FNUM 2 1 E-($Xc  
BACK 10 SET S^;;\0#NK  
STOP MIDDLE Pd-LDs+Ga  
STOP FREE B"zB=Aw  
ASPH Q ,iY:#E  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 bt(Y@3;  
FOV .2 .4 .6 .8 1
^B%c3U$o  
DELAY OFF CyS%11L  
NGRID 6 c*]f#yr?  
SNAP 10 1)jeawVmj  
PLASTIC 5 7 9 11 13 H=\Tse_.  
!QUICK 30 40 _RbM'_y+E  
ANNEAL 50 10 Q SM%/pu;  
NPASS 50 `<g6^P  
END dpK-  
SPECIAL AANT ecQ{ePoU  
ACC 10 1 1 .ZV='i()X  
ACA 70 1 10 2g~ @99`  
LUL 90 .1 1 A TOTL )<{u oH  
END wy8Q=X:vP  
GO ;obOr~Jx'5  
O!^ >YvOh  
J3~%9MCJ  
{Z7ixc523  
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 j*[P\Cm  
D~BL Txq  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 ivn2  
#/jug[wf*!  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 =[&+R9
s  
PTLlLa85<  
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 F\^8k/0  
qp/1tC`  
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： L6DYunh}^N  
3;VH'hh_  
5S2 j5M00  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 JN4gH4ez)  
!LM`2|3$  
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。 HA,8O[jon  
|m6rF7Q  
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。 <
#4""FO*  
KvEv0L<ky  
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 ~CbiKez  
APS -9 xr]bH.>  
CSTOP @eeI4Jz  
WAP 2 F8dr-"G  
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。 ygH)U.  
`2LmLFkb  
TfT^.p*  
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。 1^*ogMe  
i{TPf1OY`M  
|>.MH  
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。 ~3M8"}X;L  
iE HWD.u  
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。 nDO7  
]
u!s-=3s  
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） T4Vp0i  
o$l8"Uv  
,Y
x<"2 W  
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。 0C>
_aj  
f=}T^Z<  
#n{4f1TZ  
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。 > ^zNKgSQ  
RLE fdX|t"oz  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 0m]QQGvJ{  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           5,##p"O(  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' Hzm_o>
^KC  
MERIT   0.617523E-03 ;Ivv4u  
LOG        4 A+8)VlE\  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 l7jen=(Zb;  
APS              -9 \A011R&  
CSTOP +aL
 
WAP                2 PN?;\k)"  
UNITS MM   k(^TXUK\o  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         mj e9i  
J&fIWZ  
   0 AIR 1E /G+pm  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR *cCx]C.~  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 0$c(<+D  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 _q#pEv  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR @@U  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 XP o#qT8n  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 hBnUpYec  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR \By_mw  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 <(@S;?ZEW  
   5 CC     15.35107422 TMY. z  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 yc?L OW0  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 >I5Wf/$  
   5 CTE   0.650000E-05 tmq?h%O>  
   5 GTB U    'AD-5503         ' $%\6"P/64  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 &.DRAD)  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `<d.I%}
 
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 iYvzZ7 8f  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ,M?8s2?  
   5 PLASTIC 9uWg4U  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR ~mt{j7  
   6 CC     -1.63833609 (>A#|N1U  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 [ !#Dba#  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;@ixrj0u  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #GlFm?/6K/  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 }=R0AKz!Cv  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 R/"-r^j  
   7 CC     -3.18613168 S-o
)d  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 -r<8mL:yW  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 9q$^x/
z!  
   7 CTE   0.600000E-04 -ak.wwx\  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' X9|*`h<  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 X41Qkf
{  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0(Y,Q(JTo&  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 4[x`\  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 zn^7#$fC  
   7 PLASTIC lMu9Dp  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR 6M7GPHah  
   8 CC     -0.98132904 R[jFB 7dd  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 m-\_L=QzM  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 GB}\7a  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~A5NseWCK  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 _;5zA"~c#@  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 de2G"'F  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 @d~]3T  
   9 CC     -5.54999790 :3R3>o6m  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 cq?,v?m  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Z7pX%nj_  
   9 CTE   0.600000E-04 C}<e3BXc  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' !2HF|x$  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^&86VBP  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 h_P  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;}f {o^]'  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 5<`83;R9  
   9 PLASTIC hy;V~J#  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR eDP&W$s#  
   10 CC      0.92206943 +U J~/XV  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 xLFMC?I  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00  u? >x  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~E8/m_> rU  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 . G25D  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 n_]B5U  
   11 CC     -0.42284721 ^pu8\K;~  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 0iM'),v[]  
   11 CTE   0.720000E-04 _u6NaB  
   11 GTB U    'OKP4            ' rp<
~=X  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 eP:\\; ;  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :}fA98S  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 R"HV|Dm|m  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 cE`qfz  
   11 PLASTIC TAOsg0  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR U_'M9g{,<  
   12 CC    -21.87743665 9eHq
Omz  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 E A55!  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 PE6,9i0ee  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {g[kn^|  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 QR(;a:  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 xbw;s}B  
   13 CC     -2.93101390 XaE*$:   
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 'L7u`  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 G?b*e|@S  
   13 CTE   0.600000E-04 w{_g"X  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' LU8[$.P  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 A =Z$H2  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 x%H,ta%  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 W+8s>  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 y"7*u 3>"  
   13 PLASTIC di+|` O  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR wBw(T1VN  
   14 CC     16.95417460 *'H\`@L  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 /3hY[#e  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Z*b l J5YC  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |N6.:K[`  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ;<T,W[3J  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR #/H2p`5  
END
' e!WZvr  
h$9ut@I  
另一种广角镜头： =a+  } 6  
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。 {0+WVZ4u  
Q;z!]hjBM  
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 Ja&S
_'P[  
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。 `s+kYWg'Z  
a @3s71  
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。 sz/^Ie-~  
Q1yXdw  
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。 \I}EWI  
9(!AKKrr;  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。