[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。 n.7 $*9)#  
&4{%3w_/  
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： G&3j/5V  
=U,;/f  
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。 L`"cu.l  
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： kdWi!Hp  
w#JF7;  
` 
0\hm`  
镜头文件： mTs[3opg  
RLE ShSh/0   
ID WIDE-ANGLE DESEARCH "BzRLg!J
 
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 3>S.wyMR4  
APS               5 R;;)7|;~  
UNITS MM _IgG8)k;  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 &/7GhZRt  
C?E;sRr0  
   0 AIR yGN<.IP75  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR Qh{=Z^r  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 Xf#;GYO|2  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 >,~JQ%1  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR 1) @Wcc.  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 hW|t
~|j#_  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 (Ojg~P4;&  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     g[eI-J+F
 
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR D/{-  
END y:v0&9L  
b LxV  
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。 3w^q0/GD  
 c<4pu  
CORE 16 xE0+3@_>>  
DSEARCH 2 QUIET $jw!DrE  
USE CURRENT 5 ALL g8vN^nQf[  
u' r;-|7  
GOALS DU[UGJg  
ELEMENTS 5 -6  
FNUM 2 1 4}NFa;M1  
BACK 10 SET h,\_F#hi  
STOP MIDDLE Y RA[qc  
STOP FREE h~nl  
ASPH Q  0J_Np  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1x\%VtO>\b  
FOV .2 .4 .6 .8 1 !UgJ^v  
DELAY OFF
rW1>t+  
NGRID 6 ls/:/x(5d  
SNAP 10 1nvs51?H  
PLASTIC 5 7 9 11 13 =Qz8"rt#  
!QUICK 30 40 u`("x5sa  
ANNEAL 50 10 Q >j
$f$*x  
NPASS 50 X@\! \  
END %GHHnf%2Z  
SPECIAL AANT -gC=%0sp\  
ACC 10 1 1 55yP.@i9J  
ACA 70 1 10 t(ZiQ<A  
LUL 90 .1 1 A TOTL  [bv.`  
END 57HMWlg  
GO @NV$!FB<  
#"f:m`  
O81})r*Y  
Nzr zLK  
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 6?hv,^  
8LkC/  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 m&; t;&#  
K` U\+AE  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 (6.0gB$aTu  
ss-Be  
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。 IG#=}q
  
P=S)V  
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： 27Lya!/  
wRLkO/Fw  
o'yR^`  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 Ebp8})P/~  
3xj<ATSe  
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。 }F@`A?k  
g fO.Ky6  
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。 . vYGJ8(P  
M,mj{OY~x  
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 bz<wihZj  
APS -9 W_M]fjL.  
CSTOP k*^.-v  
WAP 2 qWr`cO~hc  
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。 5oORwOP  
A03PEaZO  
@$tQz  
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 ~LkReQI  
DhB:8/J  
/i$&89yod  
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。 <Z#u_:5@  
g,Q!F  
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。 |F6C&GNYT  
o F@{&  
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） XFd[>U<X  
t}TtWI  
E{lq@it32p  
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。 4W^0K|fq  
oYOf<J  
6G1Z"9<2*  
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。 YS~\Gls%  
RLE +F 5Dc  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 6 *Q5.g  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           {J|P2a[  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' 1w\Y._jK  
MERIT   0.617523E-03 kv)LH{  
LOG        4 WhK?>u  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 93YD\R+q  
APS              -9 =Jem.Ph  
CSTOP ZZlR:D  
WAP                2 xcoYo  
UNITS MM   .W?POJT  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         !nykq}kPN\  
m<OxO\Mpf  
   0 AIR wX|]8f2Z  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR
}H^#}  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 J-u,6c  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 z*x6V0'yt  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR y@hdN=-  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 /mr&Y}7T
 
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 }KZ/>Z;^  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR i*2z7MY  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 {\0R[+d  
   5 CC     15.35107422 8t6h^uQ  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 nPv2: x  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 R%}k52`  
   5 CTE   0.650000E-05 oNiS"\t  
   5 GTB U    'AD-5503         ' o AQ92~b  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 x<= ;=893  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 85s{;3  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 MT
qbQ69v  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 flb3Iih  
   5 PLASTIC gg8T],s1!a  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR R~c(^.|r  
   6 CC     -1.63833609 H|,{^b@9  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 O4-UVxv}  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -j<U
hW  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 O;,k~  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 DJ<e=F!  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 ~oaVH.[e=  
   7 CC     -3.18613168 KY_qK)H  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 8q0f#/`v  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 :0srFg?X  
   7 CTE   0.600000E-04 r3*wH1n  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' Jl^oDW  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 8#oF7
eE  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 gW*ee  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 W<9GwMU  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 %X.Q\T  
   7 PLASTIC sI^1c$sBN  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR {= z%('^  
   8 CC     -0.98132904 Q'\jm=k  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !`aodz*PO  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `|PxEif+J  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 K1eoZ8=!  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 WxXVL"  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 mCq*@1Lp9  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 6 a$%  
   9 CC     -5.54999790 c9ghR0WM  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 C-2n2OM.  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Gn_v}31d%  
   9 CTE   0.600000E-04 ltD:w{PO]  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' 2_Pe/  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 uM4,_)L  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 pXQ&2s$  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 h@Hmo^!9J  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 *:d_~B?Tn  
   9 PLASTIC Ezml LFp.  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR -R\}Q"  
   10 CC      0.92206943 cb UVeh7Q  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 MD1,KH+O  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {'X"9@  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5 wc&0h  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00
16aaIK  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 *}2o \h6Q  
   11 CC     -0.42284721 /\\C&Px  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 Xt~/8)&  
   11 CTE   0.720000E-04 IjrTM{f  
   11 GTB U    'OKP4            ' Sa<R8X'J  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ")o.x7
~N  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *&AK.n_  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 nl?|X2?C  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ?9PNCd3$d  
   11 PLASTIC I5D\Z  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR rhUZ9Fdv  
   12 CC    -21.87743665 [Zua7&(5  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 '7=*n_l  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #u2PAZ@qd  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ?Ts Z_  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 OZv&{_b_  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 uZ'5&k96T  
   13 CC     -2.93101390 k5PzY!N  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 hpw;w}m  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 dkVVvK  
   13 CTE   0.600000E-04 xbmOch}j6  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' R'80{  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 nF//y}  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :)MZgW  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *'`-plS7  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Ep'C FNbtW  
   13 PLASTIC ) .]Z}g&  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR #p[=iP
  
   14 CC     16.95417460 g1}RA@9  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 * dNMnZ@Y  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Sa@Xh,y Z  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 %Ajf|Go0/G  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 O=+C Kx@  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR [Q%3=pm_  
END ksK lw_%o  
r2hm`]\8M  
另一种广角镜头： "oTwMU  
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。 _mO\Nw0  
g|T' oK  
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
^y h  
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。 +6TKk~0e^  
_]Hn:O"o  
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。 0_Y;r{3m"  
z24-hC  
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。 Db3tI#  
EoY570PN  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。