[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。 k1ja ([Q  
{&UA60~6  
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： 1z4_QZZ.NG  
1vxQ`)a  
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。 LNyrIk/1  
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： ~X3x-nAt  
&FuL{YL  
H5V>d  
镜头文件： `( w"{8laB  
RLE xVgm 9s$"c  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH iJZNSRQJ}r  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 +I3O/=)  
APS               5 ^9]iUx  
UNITS MM =,h'}(z_  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 JgA{1@h  
w%8y5v5  
   0 AIR @0]WMI9B"B  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR ~KYzEqy  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 W]bgWKd  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 fGqX dlP  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR g6;smtu_T  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 aKWxLe  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 <oV[[wl  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     {L~dER  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR )Jdku}Pf  
END ZWo~!Z[Y  
%y
|pVN!U  
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 _> x}MW+  
#o7)eKeQ  
CORE 16 Mgi~j.[  
DSEARCH 2 QUIET d9BFeq8  
USE CURRENT 5 ALL /t`\b [  
E #B$.K  
GOALS 6ulx0$[  
ELEMENTS 5 =y_KL
  
FNUM 2 1 ,[zSz8R  
BACK 10 SET q?dd5JzZy,  
STOP MIDDLE 8V 4e\q  
STOP FREE /e|Lw4$@S  
ASPH Q A[ncwJ  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 cv-rEHT  
FOV .2 .4 .6 .8 1 {sGEopd8]q  
DELAY OFF aHmg!s}&  
NGRID 6 iw3\`,5   
SNAP 10 1*2ycfa  
PLASTIC 5 7 9 11 13 )Uy%iE*  
!QUICK 30 40 U|V,&RlbR  
ANNEAL 50 10 Q Tx!t3
;Yz[  
NPASS 50 Mms|jFoQ  
END _uLpU4# ?  
SPECIAL AANT jwa6`u  
ACC 10 1 1 #dL,d6a  
ACA 70 1 10 t(6]j#5   
LUL 90 .1 1 A TOTL ( _6j@?u  
END 6PYt>r&TO  
GO j1%8r*Jj  
nJ]7vj,rB  
ndzADVP  

cx$h"  
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 UMe?nAC  
I9qFXvqL  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 b4-gNF]Yt  
<)wLxWalF  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 `G1"&q,i  
vJ}WNvncVF  
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 O>qlWPht  
m~AAO{\:b  
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： )'T].kWW  
2Ax"X12{6  
4@3\Ihv  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 '`2'<^yO  
i/+^C($'f  
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。 :?\29j#*V  
py:L-5  
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。 .1RQ}Ro,<  
q"<=^vi  
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 Lw,}wM5X  
APS -9 m(U.BXo  
CSTOP O}zHkcL  
WAP 2 ,HTwEq>-G  
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。 }6\,kFc  
F_'{:v1GW  
klnNBo!  
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。 @2hhBW  
9!n95  
aOGoJCt C  
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。 _Sfu8k>):  
Zt!$"N.,  
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 T$"~Vu  
F$tzsz,9n  
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） Mb2a;s  
3-hcKE  
]sb?lAxh{  
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。 1a(\F7  
#;a+)~3*O  
qfl!>  
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。 ,Ohhl`q(  
RLE ]rj~3du\  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 yg'CL/P  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           ^UKY1Q.  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' Q2ne]MI  
MERIT   0.617523E-03 ,= ApnNUgX  
LOG        4 F]6G<6T[  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 I\6C0x  
APS              -9 ffL]_E  
CSTOP &%j`WF4p  
WAP                2 O713'i  
UNITS MM   A4@z+ebb l  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         k8}fKVU;  
];Noe9o  
   0 AIR =<HekiYM  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR !`=iKe&%E  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 6/L[`n"G  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 uo]\L^j   
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR ;~:Z~8+{c  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 2EpQ(G J  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 )?SF
IQ=  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR qbq2Bi'a  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 L@[}sMdq(  
   5 CC     15.35107422 Z1q<) O1QX  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 }rmr0Bh  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 A2\hmp@A@7  
   5 CTE   0.650000E-05 Xk%eU>d  
   5 GTB U    'AD-5503         ' K\Q4u4DjbJ  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 dLH@,EKl)  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 P??P"^hU  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #]c
_2V  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 v2]N5  
   5 PLASTIC /7Sg/d%c  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR { /!ryOA65  
   6 CC     -1.63833609 I_8 n>\u  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 h& 4#5{=  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,/p+#|>C=  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^^ix4[1$Z  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Z<d=v3q  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 .R`_"7  
   7 CC     -3.18613168 ck `td%  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 4>d]0=x  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Adiw@q1&  
   7 CTE   0.600000E-04 6bj77CoB  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' zwQ#Yvd  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ]]r;}$  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 [Y`E"1f2  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 cy6YajOk7  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 
 rwSR  
   7 PLASTIC Ew.6y=Ba  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR cCiDe`T\F  
   8 CC     -0.98132904 = =pQ V[  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .u&X:jO
E  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 VgbT/v  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 wGs'qL"z  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 PyI"B96gz  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 5.\|*+E~  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 W^HE1Dt]  
   9 CC     -5.54999790 x76;wQ  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 :/PxfN5  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 |ul{d|  
   9 CTE   0.600000E-04 N?rE:0SJ  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' [C-FJ>=S  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 PQ_A^95  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 L"1AC&~u  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 It2:2  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 UT{`'#iT  
   9 PLASTIC ;=P!fvHk  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR 9k9}57m.i  
   10 CC      0.92206943 '?I3&lYz{  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `N}Vi6FG  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 H^o_B1  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #t Pc<p6m  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 LrdE
D[Z  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 1)97AkN(O  
   11 CC     -0.42284721 e+#k\x   
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 By[M|4a  
   11 CTE   0.720000E-04 /ioBc}]  
   11 GTB U    'OKP4            ' W4P\HM>2  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 +,7vbs3  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Fku<|1}&y  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8yOhKEPX  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 uTO%O}D N  
   11 PLASTIC !%(kMN  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR u!+;Iy7  
   12 CC    -21.87743665 m%;LJ~R  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 t5 ^hZZ  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 V4Qy^nn1  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8qfXc ^6  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 zFYzus`>  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 +o,f:Ih  
   13 CC     -2.93101390 hfc~HKLC  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 gCRPaF6  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 iM1E**WCtv  
   13 CTE   0.600000E-04 805oV(-  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' &>Z;>6J,  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 hZo  f  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 e`JWY9%  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~-sG&u>  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 p,(W?.ZDN?  
   13 PLASTIC 64"DT3:  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR 5L
7nEia'  
   14 CC     16.95417460 Ks^wX  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 =l] lwA-  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 kQ2WdpZ/  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Fwvc+ a  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 5V/]7>b1  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR e:N;Jx#  
END m9c`"!  
P,G :9x"e  
另一种广角镜头： psiuoY
f  
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。 >s.y1Vg~C  
"?iyvzo  
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 @S5HMJ2=  
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。 #l9sQ-1Q  
]j*uD317  
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。  
-V"W  
jWvi%Iqi  
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。 9`^(M^|c  
k3Pu
q1H  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。