[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。 W"k8KODOY  
kJ-*fe'S  
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： v0ES;  
|)K]U  
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。 (>I`{9x>6  
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： ea00
\  
%0mMz.
f  
#~.w&~:  
镜头文件： t6A:ZmG_  
RLE u*#ZXW  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH " $ew~;z  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 f}@jFhr'<  
APS               5 P b]3&!a  
UNITS MM \0H's{uek  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 9gEssTkts  
`/MvQ/  
   0 AIR wu4NLgkE  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR m~D&gGFt  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 {|yob4N  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 ryc& n5  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR pOrWg@<\L  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 ^-a8V
'  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 viAMr"z  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     WwUv5GZTW  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR L:k9#6  
END F1Hh7 F  
>N?2""  
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 jh.@-  
!Y:0c#MPH  
CORE 16 KV*xApb9y  
DSEARCH 2 QUIET (}
5S  
USE CURRENT 5 ALL l?q%?v8  
*k1<: @%e  
GOALS vc]cNz:mQ  
ELEMENTS 5 1 `7<2w  
FNUM 2 1 C(id=F  
BACK 10 SET -dO
'~all  
STOP MIDDLE d.2mT?`#  
STOP FREE 2Gs$?}"a  
ASPH Q gn{=%`[  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 7lo|dg80  
FOV .2 .4 .6 .8 1 F>X-w+b4r  
DELAY OFF NKmoG\*  
NGRID 6 Fbp{,V@F2  
SNAP 10 Y=T'WNaL)0  
PLASTIC 5 7 9 11 13 4A3nO<oMF  
!QUICK 30 40 "z*:'8;E  
ANNEAL 50 10 Q U5]pi+r  
NPASS 50 EOoZoVdzx  
END  A, P
lvI  
SPECIAL AANT "aF8l<1xn  
ACC 10 1 1 S',9g
4(5  
ACA 70 1 10 aRc'  
LUL 90 .1 1 A TOTL sIl33kmv  
END Kwhdu<6  
GO sgr=w+",Q  
2Nj9U#A  
Q#Y k?Kv~  
4{qB X?  
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。 ==cd>03()  
M/*NM= -a  
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。 cW``M.d'F  
3g~^LZ66  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 K"2|[5  
G]Jz"xH#  
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。 $A}QY5`+~S  
|8)Xc=Hz  
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： a9~"3y  
+3,|"g::  
2BzqY`O  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 [^~7]2i  
Bfd-:`Jk  
现在需要进一步改进设计。运行 DSEARCH 产生的优化 MACro，镜头的性能变化很小。 %TrF0{NR90  
!CjqL~  
现在必须检查视场的像质。 在 PAD 中，单击PAD工具栏中的“扫描”按钮，然后观察到靠近曲面9的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中，我们必须控制它。 wE).>  
89cVJ4]g~!  
由于我们改变了 YP0 的数量，目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果，但是现在我们必须把它放在那里。在 WS 编辑窗格中，我们输入 a)2yE,":  
APS -9 +dkS/b  
CSTOP yZJ*dadAr  
WAP 2 ~k'V*ERNSj  
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 +ySY>`1k~  
tk/`%Q  
#X
.+  
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 S:Tm23pe  
|)@N-f:E  
j.3o W  
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 ][Y^-Ak1  
MY-.t-3  
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 "uu)2Xe  
GoE#Mxhxo  
再次运行 MRG，这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑胶。设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） |Vx~fKS\  
4Y tk!oS`  
OoP@-D"e  
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 n_$yV:MuT!  
j"<Y!Y3  
2/tb6' =  
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。 Jm![W8L  
RLE \_oy$>;  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 2ALj}  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           $cK^23H/Fj  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' 0->/`/xm  
MERIT   0.617523E-03 Bt>}LLBS2  
LOG        4 vmKTF!;  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ) YSh D  
APS              -9 sT<{SmBF  
CSTOP :'w?ye[e  
WAP                2 J5T=!wF (  
UNITS MM   o`%I{?UCDJ  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         XUsy.l/  
9YSVK\2$  
   0 AIR umDtp\  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR Js}tZ\+P75  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 -,>:DUN2  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 |t\KsW  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR ?;8M^a/  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 `?SGXXC  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 WzG07 2w  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR md6*c./Z  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 y<r44a_!  
   5 CC     15.35107422 ?1m ,SK  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 Dy
I2Ye  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 yQS04Bl]  
   5 CTE   0.650000E-05 , ;'SVe%  
   5 GTB U    'AD-5503         ' ,cQ)cY[  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 v,\93mNp[  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 R+^zy"~  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Xr2J:1pgg  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ,#%SK;1<  
   5 PLASTIC _z:Qhe  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR a-
Fqp4  
   6 CC     -1.63833609 pSrsp r  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 UQdyv(jXq  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 B_@7IbB  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3^H/LWx`{]  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 c+;S<g0  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 ,$i<@2/=m  
   7 CC     -3.18613168 (qk5f`O  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 cX"G7Bh  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 y(a}IM3~  
   7 CTE   0.600000E-04 -t b;igv  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' q/J3cXa{K  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Ey= 4 b  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 "sIN86pCs  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7n>|D^  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 mE_iS?1  
   7 PLASTIC GsRt5?X/*  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR ]h!*T{
:  
   8 CC     -0.98132904 F$C+R&V_  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 T;%+]:w<  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Pd&,G$l  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }Y$VB%&Hy  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 HqDa2q4  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 +ks$UvtY  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 +9}' s{  
   9 CC     -5.54999790 4= $!_,.  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Q^kMCrp
 
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 (77Dif0)'  
   9 CTE   0.600000E-04 TQ2i{e
 
   9 GTB U    'ZEON480R        ' %SFw~%@3&~  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 6<Be#Y]b  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ?bCTLt7k  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 iQ0&W0D]  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 9Iy[E,j  
   9 PLASTIC )rS^F<C  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR @hBx,`H^  
   10 CC      0.92206943 MSFNw  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ~CJYQFt  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `C ?a  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 I>8Bc  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 p\)h",RkA  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 i|[S5QXCh  
   11 CC     -0.42284721 f3\w99\o  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 g;ct!f=U  
   11 CTE   0.720000E-04 ]#+5)[N$>  
   11 GTB U    'OKP4            ' _4g}kL02.  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 1w6.  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 uJ7,rq  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 u'{sB5_H  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ~mW>_[RT;  
   11 PLASTIC &8.z$}m  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR N_|YOw6  
   12 CC    -21.87743665
~ 6TfW~V  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ~V|KT}H  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Y~<rQ  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :r[W'h_%  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 r]xdhR5  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908
>hh"IfIZ4  
   13 CC     -2.93101390 xU:PhhS  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 I(F1S,7  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 `<bCq\+`  
   13 CTE   0.600000E-04 vBV"i9n   
   13 GTB U    'ZEON480R        ' ?m`R%>X"  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 &Qz"nCvJ  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 p3i qW,[@  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 CA'hvXb.  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `,<>){c|  
   13 PLASTIC ,2Sv1v$  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR sz)
{uOI  
   14 CC     16.95417460 oo"JMD)  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 zkw0jX~  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 )3d:S*ly  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 v#zfs'  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *NKC\aV`0  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR a .B\=3xn  
END N$L&|4r  
9QO!vx  
另一种广角镜头： j>0SE  
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。 'bd=,QW  
ZfF`kD\  
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 xNkwTDN5  
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。 _~(MA-l  
*&~sr  
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。 s7X~OF(#  
CgaB)`.  
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。 k N uN4/  
NiU tH  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。