[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。 wD<G+Y}  
48DsRy  
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： *be+x RY  
ge`J>2  
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。 %9Ue`8  
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： UX0tI0.tg  
xXbW6aI"  
qdm!]w.G5  
镜头文件： )dV.A IQ+  
RLE h"'f~KM9a>  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH Nr)(&c8  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 O+yR+aXr'8  
APS               5 MhsG9q_%  
UNITS MM 6nwO:?1o9  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 oacY-&  
{> }U>V  
   0 AIR OlK2<<  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR $D89|sy  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 tEeMl =u  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 m&\Gz*)3  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR &A9+%kOk>  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 k"U4E J{  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 #Z.J
Owi  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     $DVy$)a!u  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR tY#^3ac  
END 5|b/G  
8sg *qQ  
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。 c;e,)$)-|  
Z\Q7#dl  
CORE 16 W6PGv1iaW>  
DSEARCH 2 QUIET W)_B(;$]  
USE CURRENT 5 ALL ^\I$tnY`  
Ac54VN  
GOALS aZ^lI 6@+4  
ELEMENTS 5 HT]ubw]rJ  
FNUM 2 1 `3OGCy  
BACK 10 SET ,..b)H
5n  
STOP MIDDLE }8SHw|-  
STOP FREE bcYz?o
6  
ASPH Q cBA[D~s  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Nh))U  
FOV .2 .4 .6 .8 1 YU`{  
DELAY OFF l\5NuCgRY  
NGRID 6 ?/wloLS47  
SNAP 10 Gl:ASPZ6  
PLASTIC 5 7 9 11 13 s,RS}ek~|  
!QUICK 30 40 h(L5MZs  
ANNEAL 50 10 Q )t4C*+9<U  
NPASS 50 BCbW;w8aI  
END $Yka\tS'  
SPECIAL AANT $CmTsnR1#y  
ACC 10 1 1 GyCpGP|AZ  
ACA 70 1 10 *O;N"jf  
LUL 90 .1 1 A TOTL K+\hv~+@  
END p5KNqqZZ  
GO _=]
FJhO  
.EdV36$n  
8M|Q^VeT,1  
l.BNe)1!22  
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。 PjHm#a3zg%  
6yb<4@LOb  
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。 UOwNcY  
sF$m?/Kt  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 *E]\l+]J  
cMv3` $  
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。 KkY22_{ac  
pr"flRQr#  
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： -}J8|gwwp  
eG v"&kr  
xpM~*Gpm  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 S&*pR3,u  
H #BgE29  
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。 Ce:ds%  
>UMnItq(l  
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。 LPO" K"'w  
gm DC,"Y<  
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 tpN}9N  
APS -9 2. _cEY34  
CSTOP Mx"tUoU6z  
WAP 2 AqkK`iJ#  
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。 =S,<yQJ  
Q)>'fZ)  
[_d*J/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。 %u}sVRJ  
;Y\,2b, xh  
B}X#oA  
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。 %a `dOEO  
BP$#a
#  
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。 R{_IrYk  
I>aa'em  
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） R 28*  

v%5(-  
S)yV51^B  
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。 u#~!%~  
k#xpY!'7  
,6"n5Ks}  
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。 R:?vY!  
RLE sfE8b/Z8  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 Q%^bA,$&D  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           JB@VP{  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' Z"X*FzFo  
MERIT   0.617523E-03 3:1 c_  
LOG        4 uszSFe]E  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 +_
P 2S  
APS              -9 Bw.&3efd  
CSTOP 0(x@ NGb>{  
WAP                2 &,]+>  
UNITS MM   p)xI5,b$9  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         :* b4/qpYv  
^~
$&  
   0 AIR VY@hhr1s~  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR tL{~O=  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 <9a_wGs  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 ecpUp39\  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR RI3{>|*  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 GK?R76d  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 TZNgtR{q  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR n5*7~K"C  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 "B3:m-'  
   5 CC     15.35107422 Wy*7jB  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 vqMk)htIz  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 4!vUksM  
   5 CTE   0.650000E-05 _x6E_i-(  
   5 GTB U    'AD-5503         ' es+_]:7B9  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 jMui+G(h  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <Cu?$  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2Q|*xd4B^  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 )=nPM`Jn.  
   5 PLASTIC w*%$ lhp!  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR N('DIi*or  
   6 CC     -1.63833609 [.xk
 
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 hRIS[#z;U  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 OKP_3Ns  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 wn|@D<  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #aY<J:Nx  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 Ja=70ZI^6  
   7 CC     -3.18613168 p]z54 ~  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 I S8nvx\  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 kjC{Zr  
   7 CTE   0.600000E-04 W<|K  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' wx%nTf/Oa  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 VfqY_NmgC  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8pMZ~W;  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ec4%Wk2  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .L5*E(<K0  
   7 PLASTIC 'ag6B(0Z  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR _% 9+U[@  
   8 CC     -0.98132904 I= h4s(  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #IhLpO  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 V/9"Xmv75  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 D4O5@KfL  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 _q$LrAT  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 p$1Rgm\  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 UoMWn"ZE  
   9 CC     -5.54999790 <Z:8~:@  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 8 ]06!7S}  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 \P~rg
~  
   9 CTE   0.600000E-04 ddq 1NW  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' ciGpluQF  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 4IP\iw#w  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 kH8$nkeev  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 m7wc)"`t  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 a3dzok  
   9 PLASTIC +V);'"L  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR CziaxJ  
   10 CC      0.92206943 |;U=YRi  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ?+,*YVT  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 [mf7>M`p]@  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 UK~B[=b9  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ;Ma/b=Y  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 ZA_zKJ[[7  
   11 CC     -0.42284721 E/
8u'
 
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 j`|^s}8t  
   11 CTE   0.720000E-04 UC+7-y,
  
   11 GTB U    'OKP4            ' +)JNFy-  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 N[bR&#p  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 9oje`Ay  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }}``~  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 s la*3~?*  
   11 PLASTIC Z(LxB$^l[  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR dI_r:xN  
   12 CC    -21.87743665 $h,&b<-  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 zJfK4o  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2;%#C!TG;  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 jiwpDB&[  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Z{a{HX[Jx  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 -- i&"  
   13 CC     -2.93101390 "M9TB. O  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 5Cc6, ]  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 om".j  
   13 CTE   0.600000E-04 &\"Y/b]  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' /FP~jV!z  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 9Qt)m fqM  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *=$[}!YG  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 eW%L$I  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 YW8K $W  
   13 PLASTIC :b<-[8d&  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR U;x1}eFT  
   14 CC     16.95417460 gB/;clCdX)  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 6?%]odI#  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 y\F`B0#$  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 CDQJ bvx  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 $"Y3mD}?L  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR n\Z^K  
END F1 <489  
Q?* nuE  
另一种广角镜头： Q<RT12|`  
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。 ltNuLZ  
ky'|Wk6   
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 rU; g0'4e  
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。 5>'?:jY  
OfD@\;L  
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。 +7Sf8tg\  
&@=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。 H!Wis3S3G  
B:e.gtM5  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。