[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。 ( X(61[Lu  
)9F o  
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： $H\[yg>4  
O5rHN;\_  
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。 z=\y)'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： #fB&Hv #s7  
M1nH!A~o  
hA?Flq2QV  
镜头文件： #kGgzO  
RLE Kjw==5)}  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 6yn34'yw  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 +#* F"k(  
APS               5 r'|Vz*/h  
UNITS MM U%.%:'eV=  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 R7'6#2y  
\xCI8 *W  
   0 AIR @*Y"[\"$  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR cy_'QS$W  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 e6G=Bq$  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 " a&|{bv  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR xi+bBqg<.K  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 +qPpPjG;  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 qS8p)pw  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     9F~e^v]zp  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR Bqcih$`BVU  
END W|2o^ V  
8m prK`p  
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。 dM-qd`
  
d+caGpaR  
CORE 16 u"$=:GK  
DSEARCH 2 QUIET _cRCG1
CJ  
USE CURRENT 5 ALL 9N+3S2sBx&  
7lLh4__;`6  
GOALS >Bw<THx  
ELEMENTS 5 ol[sX=5 *  
FNUM 2 1 Etj0k} A  
BACK 10 SET h+\+9^l6|  
STOP MIDDLE :D|5E
>o(  
STOP FREE +6zW(Ql/  
ASPH Q Ux/|D_rlf  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 s'7PHP)LOJ  
FOV .2 .4 .6 .8 1 |]M|IX8 o  
DELAY OFF "_
f~8f`y  
NGRID 6 v3*y43  
SNAP 10 #oYPe:8|m  
PLASTIC 5 7 9 11 13 iH`Q4  
!QUICK 30 40 X[SdDYMY  
ANNEAL 50 10 Q U}
yq*$N  
NPASS 50 ~cf*Oq  
END ]\JLlQ}#H  
SPECIAL AANT gR\z#Sg  
ACC 10 1 1 +!~"ooQZh  
ACA 70 1 10 Tqf:G4!  
LUL 90 .1 1 A TOTL wB(X(nr  
END DXa!"ZU
 
GO k#g` n3L  
{p
y"Ob_  
SzTa[tJ+  
&E?TR A# E  
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。 JhU"akoK  
R9&3QRW|  
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。 3LkcK1x.  
mEZHrr J  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 3 0.&Lzz  
0X<U.Sxn  
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。 G`e!WvC  
u]z87#4  
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： "- ?uB Mz  
p9y@5z  
&}rmDx  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 '>^!a!<G  
=j"bLX6;  
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。 FokSg[)5  
hh[@q
*C  
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。 ~(;HkT  
uqsVq0H  
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 Y2TXWl,Jk  
APS -9 hDf!l$e.  
CSTOP E)iX`Xq|0{  
WAP 2 tch;_7?  
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 S8,e`F  
;)ku SH  
0F%/R^mw  
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 Y'+mC  
=&"a:l  
.O&[9`"'  
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 }3/|;0j$  
9 >"}||))  
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。 O9P4r*prA  
5|A"Yz
Y#  
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） XE$;Z'Qhjm  
lyzM?lK-  
Od+nBJ   
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 pHzl/b8  
wCEcMVT  
AbL(F#{  
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 e
8 c.&j3m  
RLE 2Mu3]2>  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 X2mZ~RB(p  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           ZfibHivz  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' ujLje:Yc  
MERIT   0.617523E-03 mYFc53B  
LOG        4 )Vo%}g?6!  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 zHD8\*  
APS              -9 TMD*-wYr  
CSTOP rrSFmhQUk  
WAP                2 e\._M$l  
UNITS MM   $+ORq3  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         ?L"x>$  
2S//5@~_m  
   0 AIR YbF}>1/"  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR  ;!j/t3#a  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987
{S`Rr/E|%  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 |fY#2\)Yx  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR bsc#Oq]  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 zp\_5[qJ;  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 .Ms$)1  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR em2Tet  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 *i"Mu00b  
   5 CC     15.35107422 c_u7O \  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 ab[V->>%  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 0x# V   
   5 CTE   0.650000E-05 Gh}* <X;N  
   5 GTB U    'AD-5503         ' TA+#{q+a  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 L+Gi  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ZU`HaL$  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 On}b|ev  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 H'I5LYsXO~  
   5 PLASTIC Lr Kx  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR _8 l=65GW  
   6 CC     -1.63833609 Z ZT2c0AK  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 M"foP@  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 EcPvE=^c  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }OSfC~5P  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 yMOYTN@]  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 lUiO|  
   7 CC     -3.18613168 fO837  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 X^C $|:  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 d>/4z#R}-  
   7 CTE   0.600000E-04 r<;Y4<,BZ  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' ltHuN;C\  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 n65fT+;  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 =nCV.Wf  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 HS|x  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 crJNTEz  
   7 PLASTIC V/)3d  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR R%JEx3)0m  
   8 CC     -0.98132904 eTt{wn;6  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 nTsPX Tat  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 
<JZa  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 w$749jGx  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Y3xEFqMU  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 7>gW2m  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 II.Wa&w}  
   9 CC     -5.54999790 k,y#|bf,Y  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 ve4QS P  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 !)c0  
   9 CTE   0.600000E-04 lb]k"L%KU7  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' xH-} <7  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^1ks`1  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 "H{#ib_c_  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;8gODj:dO
 
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 QY
Wl`Yqf  
   9 PLASTIC [{J1b  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR }80n5X<9  
   10 CC      0.92206943 dTVM !=  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 * =O@D2g0  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *JaFt@ x  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 YC}$O2  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 B^hK  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 EKT"pL-EY  
   11 CC     -0.42284721 H/ub=,Ej*  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 *OZO} i  
   11 CTE   0.720000E-04 FRTvo  
   11 GTB U    'OKP4            ' 4W+nSv  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ||?wRMV  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 td+[Na0d  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 wSs78c=  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 2K'}Vm+  
   11 PLASTIC xX
])IZD  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR ;}k_2mr~  
   12 CC    -21.87743665 "2@Ys*e  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 CY9`HQ1  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 J~G"D-l<9/  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 p|w;StLy  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 dk2o>jI4;  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 o6 [i0S  
   13 CC     -2.93101390 yM34GS=,J  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 0M>%1*  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 KL*UU,qU  
   13 CTE   0.600000E-04 Eb9M;u  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' ?Qs>L~  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ?r~](l   
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 /t?(IcP5  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 F[OBPPQ3  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 8%9OB5?F6  
   13 PLASTIC K#p&XIY,  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR qsL6*(S(r  
   14 CC     16.95417460 uO-R:MC  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 L:EJ+bNG  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 xE.=\UzJ  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 h-h}NCP  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Web8"8eD  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR /7zy5  
END l@YpgyqaL  
]t3 NA*mM  
另一种广角镜头： Sq==)$G  
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。 JXnPKAN  
gf2w@CVF>=  
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 9~mi[l~  
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。 y]\R0lR  
(;h]'I@  
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。 j|(bDa
4\  
XT_BiZ%l5O  
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。 Vt
4}!b(O  
:<IW'  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。