[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。 pJocI_v9  
&t_A0z  
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： p9Z].5Pd"  
$r):d  
我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头，F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先，我们必须创建一个可追迹的前端。 ?(>
k,[n  
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，并指定用于广角的物体类型 OBD，并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始，比如50度，然后，使用 WorkSheet™ 滑块，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时，增加 OBD 视场角，以这种方式继续，直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分： HoL~j({  
(H2ylMpQt  
1]Lhk?4t  
镜头文件： y,V6h*x2  
RLE ]2PQ X4t0  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH "&Gw1.p  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 .Nk}Z9L]k  
APS               5 {x9j_/R  
UNITS MM r(]98a]o~  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 m|lM.]2_  
a^(2q{*  
   0 AIR l\_x(BH  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR 8<Xq=*J+  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 z>7=k`x`:  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 ]I8]mUiUH  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR WqR7uiCi  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 *.:!Ax  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 27Cz1[oX  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     H<$pHyxU  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR sbgJw  
END %n4@[fG%K  
5`{=`  
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。 *q}FV2  
We\K
DU\n  
CORE 16 \zBd<H4S:  
DSEARCH 2 QUIET KM5jl9Vv  
USE CURRENT 5 ALL 28ja-1dB  
Bj; [  
GOALS 8>ESD}(  
ELEMENTS 5 '^e0Ud,  
FNUM 2 1 (VfwLo>#  
BACK 10 SET -Sx0qi'%  
STOP MIDDLE l
},dQ4R  
STOP FREE hH#lTye  
ASPH Q z/)$D  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 :,jPNuOA  
FOV .2 .4 .6 .8 1 EG%I1F%  
DELAY OFF DQ%`v=  
NGRID 6
ix:2Z-  
SNAP 10 '^8g9E.4K  
PLASTIC 5 7 9 11 13 c$.
UE  
!QUICK 30 40 E2h(w_l  
ANNEAL 50 10 Q HJ
c<Gwm  
NPASS 50 Ob7zu"zr  
END _cR6ik zW(  
SPECIAL AANT #,t2*tM  
ACC 10 1 1 K1/ U (A  
ACA 70 1 10 L7X7Zt8%  
LUL 90 .1 1 A TOTL BQ).`f";d  
END "&@gX_%  
GO xT:qe  
yVT&rQ"{  
hJecCOA)'  
D% oueW  
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。 }*0,>w>  
lB=(8.  
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。 C\y[&egww  
|Uc<;> l  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 sq6>DuBZz  
>s;oOo+5  
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。 ]^Sd9ba  
rH[5~U  
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： JtSuD>H`"  
-
K:yU4V  
 -PcS(  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 >Kz_My9  

d,zp`S  
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。 -b
].SG5S  
R 4DM_u  
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。 N<p5p0  
=9kj? u~  
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%2t{"  
APS -9 PthIdaN@  
CSTOP
R1II k  
WAP 2 U* -% M  
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。 Tm(Q@  
M' &J_g  
:&xz5c`"04  
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。 T+`xr0  
Hlz'a1\:O]  
D2Vb{%(4.  
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。 C4&U:y<ju  
kqj;l\N  
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。 l[tY,Y:4qO  
mgmWDtxN  
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） 5W*7qD
[m  
pem3G5 `g=  
hB|H9+  
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。 clh3  
G3Idxs  
eXj\DjttG}  
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。 utYnaeQcn  
RLE vGx?m@
  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 k98< s  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           5*s1qA0^  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' 4M;sD;3  
MERIT   0.617523E-03 ovhC42i  
LOG        4 qZT 4+&y  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 `_
NnQ%  
APS              -9 u=p ;A1oy  
CSTOP 71oFm1m{  
WAP                2 dzjBUD  
UNITS MM   \zk?$'d  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         kx"hWG4  
.Q=2WCv0  
   0 AIR [;>zqNy  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR _n-VgPRn  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 Sqp;/&Ji  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 Ze[g0"  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR mQwk!* U  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 QU-7Ch#8  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 '1>g=Ic0  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR !ol hZ  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 `jD8(}_  
   5 CC     15.35107422 @A~B ,  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 `c qH}2s#  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 9_M H  
   5 CTE   0.650000E-05 c,v^A+sZu  
   5 GTB U    'AD-5503         ' A}>|tm7|  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 VxUvvJ{-v  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5PPPd-'Z_  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 P#dG]NMf  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .u&&H_ UmE  
   5 PLASTIC SQO>}#qm  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR LY@1@O2@  
   6 CC     -1.63833609 RZ#alFL,  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 f7EIDFX>pt  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 >,w
\lf9  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 aJuj7y-  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 N>&{Wl'y\  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 VYl_U?D
 
   7 CC     -3.18613168 w>NZRP_3  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 z")3_5Br  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ]t.WJC %  
   7 CTE   0.600000E-04 w%i+>\tO  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' nvO%  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ! /|0:QQi  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 nhVK?  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 LW83
Y/7  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 m6~ sKJV  
   7 PLASTIC Z`-)1!  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR ?J^IAFy  
   8 CC     -0.98132904 O+(. 29  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 x[GFX8h(k6  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Y0P}KPD  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Ak\D6eHcB  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !^Z[

z[  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 bik] JIM  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 ND9n1WZ&x  
   9 CC     -5.54999790 K,lK\^y  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386  m+72C]9  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ~_dBND?  
   9 CTE   0.600000E-04 Q>SPV8s  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' *#prSS  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 YO.`l~ v  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :|3"H&FWK  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 K^]?@oHO  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *7xQp!w^  
   9 PLASTIC eLDL  "L  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR .v #0cQX+.  
   10 CC      0.92206943 jt'Y(u]2  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 V:,3OLL*  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $+!}Vtb  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *'s2 K  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 M@!]
U:5~V  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 ;9!yh\\   
   11 CC     -0.42284721 V\k5h  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 gNEzl
x8A  
   11 CTE   0.720000E-04  |(J ?#
?  
   11 GTB U    'OKP4            ' m 1'&{O:  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^V
XXq  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 (04j4teE  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Kd`l[56#  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ~u?x{[  
   11 PLASTIC A3 Rm0  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR W{$+mow7S  
   12 CC    -21.87743665 FM;;x(sg  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 (<>Sz(  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 %WJ{IXlz  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 k<j)?_=`  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *FLTz(T  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 5x1%o
C  
   13 CC     -2.93101390 Vne.HFXA  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 <750-d!  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 eBYaq!t k  
   13 CTE   0.600000E-04 U"%8"G0)  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' HkfSx rTgQ  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 \fM!^  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 M$>WmG1~D  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 fdCxMKlu;  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 e$/Zb`k  
   13 PLASTIC H z< M  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR W(PW9J9  
   14 CC     16.95417460 x w?9W4<  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ZAnO$pA  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 @|\s$L  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~qLhZR\g^  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 y?R <g^A  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR HZr/0I?  
END i*cE  
qI V`zZc  
另一种广角镜头： d~z<,_r5c  
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。 Tm~#wL +r  
M;RnH##W  
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 EH!EyNNb  
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。 C)3$";$5)  
2h? r![  
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。 g9lg  
n]ppO U|[  
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。 gU 2c--`  
7q{v9xKy  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。