[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。 6HVX4Z#VH  
UhU+vy6)/  
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： \vL{f;2J  
nx{X^oc8e  
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。 YXU2UIY<~  
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： i~4$V  
NVf_#p"h  
\y7\RV>>3b  
镜头文件： J~ z00p`E  
RLE uXG$YDKqC  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH DsHm,dZ  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 zrC1/%T  
APS               5 Je K0><  
UNITS MM I "R<XX  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 m'ZxmsFo  
zItGoJu  
   0 AIR [zCKJR  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR QbWeQ[V{  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 (~PT(B?  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 rPifiLl A>  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR ]qk`Yi  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 JY D\VaW  
3    GLM      1.50000000             55.00000000  bWZzb&  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     uxW<Eh4H*  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR i$!K{H1{9  
END 6D*x5L-1o  
Fj&8wZ)v)  
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 >IZ$ .-  
+xYg<AFS  
CORE 16 `cRRdD:dA  
DSEARCH 2 QUIET q-+_Y `_\  
USE CURRENT 5 ALL 5N2`e3:I  
BGO pUy  
GOALS PiNf;b^
9  
ELEMENTS 5 ?y[i6yN9  
FNUM 2 1 ng[LSB*57Y  
BACK 10 SET o4B%TW  
STOP MIDDLE ipRH.1=  
STOP FREE *Oh]I|?  
ASPH Q z&.F YGq}  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 lBG"COu  
FOV .2 .4 .6 .8 1 L^ U.h  
DELAY OFF #BI Z|  
NGRID 6 !qs3fe<uh"  
SNAP 10 (/_w23rr  
PLASTIC 5 7 9 11 13 :l {%H^;1  
!QUICK 30 40 t"&qaG{  
ANNEAL 50 10 Q 9_%??@^>  
NPASS 50 8;(3fSNC  
END #\3X;{  
SPECIAL AANT )=#zMdK&  
ACC 10 1 1 Tnnj8I1v  
ACA 70 1 10 )gxZ &n6  
LUL 90 .1 1 A TOTL mk3,ke8  
END Qf@ha  
GO F||oSJrI  
nS^,Sq\Ak  
[5MV$)"!j  
.JWN\\  
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 'u:J "  
&f/"ir[8i  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 Fma#`{va  
K'U=);W  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 #nS crs@  
`M,Gsy1h  
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 fRcy$  
4FJA+  
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： `_pVwa<@w  
kSjvY&n%  
 4{D^ 4G  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 ua%j
}%G(  
-^$IjK-N  
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。 h&EF)~G  
5Ln !>,  
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。 7,R ~2ss5z  
XWUi_{zn  
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 a)r
T3gl  
APS -9 S 0mt8/ M  
CSTOP :gx]zxK  
WAP 2 -nGLmMvd  
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。 ?H21Ru>:*  
_#6*C%ax  
l\{r-F N  
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。 #} `pj}tQ
 
?l](RI   
"V<7X%LIX  
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。 #i-b|J+%  
lN[#+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。 %ERR^  
z_nY>_L83*  
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） _5v]69C#  
vH>s2\V"  
7Q #A  
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。 a} :2lL%  
\_t[\&.a}  
NnO%D^P]  
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。 }ZfdjF8N
!  
RLE z/f0.RJ  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 kwrM3nq  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           l+<AM%U\ V  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' MZdj!(hO  
MERIT   0.617523E-03 PS`F  
LOG        4 a- 7RJ.  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 rVDOco+w  
APS              -9 zKNac[:  
CSTOP r/RX|M  
WAP                2 9PJnKzQ4  
UNITS MM   dIk9C|-.  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         :hDv^D?3  
$qM&iI-l0  
   0 AIR $!\Z_:  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR U]O>DM^'  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 6'jgjWEe3&  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 k3&/Ei5  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR C@@PLsMg  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 |pR'#M4j4A  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 !+n'0{  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR .!_^<c6  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 /7K7o8g  
   5 CC     15.35107422 921s'"  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 *I`Eb7 ^  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 gyOAvx  
   5 CTE   0.650000E-05 R{{?wr6b$  
   5 GTB U    'AD-5503         ' Xb1is\JB  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 6Bn
}W ?  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 zz-X5PFn  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 qex::Qf  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 r ['zp=9  
   5 PLASTIC UW-`k1  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR \1#~]1~ s  
   6 CC     -1.63833609 H=*2A!O[_  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 N`7+]T  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 P7;q^jlB  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 s,7OoLE  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 BXUd i&'O  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 vw/GAljflu  
   7 CC     -3.18613168 Hh &s.ja  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 4YCuO
%  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 \;!g@?CA  
   7 CTE   0.600000E-04 F& ['w-n%  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' uo7[T*<Q  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 1N+ju"2R  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 )9kp[hY  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 9oVprd>%@  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 g7Z3GUCGL  
   7 PLASTIC L%/atl!  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR ,Un
eS  
   8 CC     -0.98132904 /@6T~XY M  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 CZ,2Rq  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ?r^>Vk}  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 vJuL+'[i  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 W7.QK/@  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 >%85S>e  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 Uk4G9}I  
   9 CC     -5.54999790 c5t7X-LB  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Sh7
ob2  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 NeniQeR  
   9 CTE   0.600000E-04 rnXoA, c/  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' sDyt3xN  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 36
yIfC,  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;i&t|5y~  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 I
6[=tB  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *NQsD C.J^  
   9 PLASTIC =${ImMwj  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR ^\3z$ntF  
   10 CC      0.92206943 O @{<?[  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .a}!!\@  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6o]>lQ}  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Ej'N!d.  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 fs*OR2YG7  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 1yjP`N  
   11 CC     -0.42284721 A"~Oi  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 M/jdMfU  
   11 CTE   0.720000E-04 &5R-bYGW  
   11 GTB U    'OKP4            ' l1]'3]P(  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 %DhLU~VX  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |JTDwmR
 
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 qz|xow/ns@  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 L7s _3\  
   11 PLASTIC _&PF(/w  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR 5} 1qo7;  
   12 CC    -21.87743665 tj[-|h  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 CMHg]la  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |}<!O@<|  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 t&rr;W]  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 GD#W=O  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 
CV*  
   13 CC     -2.93101390 <}1GYeP  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 ux>LciNq  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 | @p  
   13 CTE   0.600000E-04 Px?0)^"2  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' 2G}@s.iE  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 . "`f~s\G  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 G3de<?K.[V  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 AI3\
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   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 c.h_&~0qf  
   13 PLASTIC !&Us^Q^  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR pcPRkYT[M  
   14 CC     16.95417460 $>=w<=r|;  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 WmZ,c_  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Y,d|b V*FH  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 uN(N2m  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 KL8WT6!RZ  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR ;;n=(cM|z  
END FO?I}G22  
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另一种广角镜头： 8iN@n8O  
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。 $kn"S>jV  
SNtOHTQ  
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 gOm%?sg  
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。 U<U?&hB\@  
_O"C`]]  
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。 5 OF*PBZ  
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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。 rvBKJ!b0  
Q?-uJ1J  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。