[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。 MYBx&]!\  
DC1'Kyk  
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： ^:9
$@+a  
>0{S  
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。 Lokl2o`  
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： Xh J,"=E+  
:Rs^0F8)c  
)CX4kPj  
镜头文件： k
{gLMl  
RLE _k^0m
 
ID WIDE-ANGLE DESEARCH V\V)<BARe  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 K1V#cB WO  
APS               5 _U;e
N|Ww  
UNITS MM &V|>dLT>A  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 "NRDNqj(  
<foCb%$(?  
   0 AIR 0!z@2[Pe66  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR Bl9jkq ]  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 qO`)F8  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 +0),xu   
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR :V2bS  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 Ro2d,'   
3    GLM      1.50000000             55.00000000 AxxJk"v'y  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     &V>fYgui  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR T[=S$n-'  
END "O8gJ0e  
>NB?&|  
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=8Y&#%  
=8gHS[  
CORE 16 i{D=l7j|w  
DSEARCH 2 QUIET c!8=lrT.  
USE CURRENT 5 ALL #YDr%>
j  
*m%]zj0bo  
GOALS TO2c"7td  
ELEMENTS 5 ~2EHOO{  
FNUM 2 1 &C>/L;  
BACK 10 SET DF6c|  
STOP MIDDLE OT^%3:
zg  
STOP FREE i&8FBV-  
ASPH Q T0
)"1D<l  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 y2O4I'/5<  
FOV .2 .4 .6 .8 1 |*RYq2y  
DELAY OFF p;?*}xa  
NGRID 6 3:%QB9qc]'  
SNAP 10 LQnkcV  
PLASTIC 5 7 9 11 13 bqanFQj  
!QUICK 30 40 #d{=\

$=  
ANNEAL 50 10 Q iqnJ~g  
NPASS 50 %AOIKK5  
END ]nhr+;of/-  
SPECIAL AANT kj+
#TnF-  
ACC 10 1 1 VL9-NfeqR  
ACA 70 1 10 lyCW=nc  
LUL 90 .1 1 A TOTL `>DP,D)w(  
END @pGZLq  
GO D@EO=08<b  
#k3t3az2{  
4'KOp&#l K  
o;b0m;~   
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 Gu=STb  
( 6(x'ByT  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 xoB},Xl$D  
#S%Q*k<hw  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 (wc03,K^  
Ld^GV  
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。 crO@?m1  
_md=Q$9!m  
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： PNW \*;j  
4`#F^2r!  
I *c;H I  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 61U<5:#l  
.I3?7  
现在需要进一步改进设计。运行 DSEARCH 产生的优化 MACro，镜头的性能变化很小。 b'zR 9V  
ZxGP/D  
现在必须检查视场的像质。 在 PAD 中，单击PAD工具栏中的“扫描”按钮，然后观察到靠近曲面9的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中，我们必须控制它。 y{q*s8NY  
`ovtHl3Q  
由于我们改变了 YP0 的数量，目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果，但是现在我们必须把它放在那里。在 WS 编辑窗格中，我们输入 lq.Te,Y%w  
APS -9 P?BGBbC  
CSTOP hO{cvHy`  
WAP 2 ~-a'v!  
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 W:i?t8y\y  
k\Q,h75  
&Bx J  
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 [NnauItI  
HG/p$L*  
\Mv":Lm1  
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。 WS& kx~oQ  
c41: !u^  
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。 /8@m<CW2Y  
bIt=v)%$  
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） OPpjuIRv  
W{XkVKe1a  
P`U<7xF~  
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。 ryO$6L  
C@o%J.9"#  
^GN8V-X4y  
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)!`JKeO/  
RLE ')+0nPV  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 \(I6_a_{  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           N132sN2  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' _RMQy~&b  
MERIT   0.617523E-03 9?+9UlJ7K  
LOG        4 OH<?DcfeL  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 JM0I(%Z%  
APS              -9 (yQ 5`  
CSTOP 'f?.R&sCA  
WAP                2 >5~7u\#9  
UNITS MM   s(ROgCO
 
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         EruP  
nbofYI$rd&  
   0 AIR Vu0KtG9  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR /I&wj^  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 B%<e FFV\  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 ~#Md"3  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR crA:I"I  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 mkvvNm3
 
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 uMXc0fs!$  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR 3bC yTZk  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 #*q2d  
   5 CC     15.35107422 Iyk6=&?j  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 L^9HH)Jc  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 'TN)Lb*  
   5 CTE   0.650000E-05 zLjgCS<7  
   5 GTB U    'AD-5503         '
&ju-  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^<V9'Ut  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 U+]Jw\\l  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8?TKN~ja  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 J$uM 03  
   5 PLASTIC Dxx;v.$  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR ph30'"[Z}  
   6 CC     -1.63833609 XL< )v_  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^kj=<+ v#  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 v<rF'D2  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2V#6q,2  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 C77D{@SM  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 vM0_>1nN  
   7 CC     -3.18613168 _&{%Wc5W~F  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386  o sdOw8  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 $7gB_o$zz  
   7 CTE   0.600000E-04 U
nl?fXI  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' "|LQK0q3  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ,j;PRJ  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Rm
h*TQu  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 a4GWuozl  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #0y<a:}R  
   7 PLASTIC SPy3~Db-o  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR vgPUIxB@  
   8 CC     -0.98132904 :uCdq`SaQl  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 p,#6 @*  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 i&tsYnP2  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 i*tv,f.(  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 6TFo|z!C  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 ySX/=T:<;  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 hYt7kq!"  
   9 CC     -5.54999790 swr"k6;G  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 UOI^c  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 b;vNq  
   9 CTE   0.600000E-04 =t+('  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' @@pq'iRn  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 XCPb9<L  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 )LFD6\z1pl  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 XI}I.M  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 $4j^1U`~)K  
   9 PLASTIC ZxSsR{  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR d.}}s$Q  
   10 CC      0.92206943 mUwUs~PjA  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 h)B!LAr  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3ut_Bt\  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ZJXqCo7O  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 JLUms  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 {g=b]yg\o  
   11 CC     -0.42284721 `7B14:\A  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 /Dd\PjIH{  
   11 CTE   0.720000E-04 U1\MA6pXW  
   11 GTB U    'OKP4            ' h;Mu[`  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 <q6`~F~|  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ?[SVqj2-  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 QT}iaeC1i  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .ev\M0Dt  
   11 PLASTIC rgR?wXW]jE  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR O)<r>vqe}  
   12 CC    -21.87743665 ' o=E!?  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 2]Fu 1  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ZQLB`n@  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 twbcuaCTW  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ABiC9[Q0  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 iPFL"v<#J  
   13 CC     -2.93101390 jeFN*r_  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 ]L]T>~X`  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 32KR--mn%  
   13 CTE   0.600000E-04 .CmL7 5  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' _W+Q3Jx-(  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 d<Dn9,G  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7,su f }=  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 o[{&!t  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 /$*; >4=>f  
   13 PLASTIC t'Htx1#Zc[  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR 7jR7  
   14 CC     16.95417460 #Y: ~UVV  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 (\uAAW"  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 E 8^sy*f  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;_bq9x  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 pP oxVvG{  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR C zpsqTQ  
END scmto cm  
,*w>z  
另一种广角镜头： #mTMt;x  
在本章的第一部分中，我们观察到，超过90度的输入角需要一个定制的前端，其目的是将主射线的角度减小到一个更易于控制的值，以便光线能够通过。但如果这个领域的角度小于90度，工作就简单多了。 r&/D~g\"|[  
6NSO>/E  
点击打开 C45M2，我们使用 DSEARCH 本身，没有添加前端，并指定广角校正参数(WAC)为50度，此镜头的最大视场角为86度而不是92.4度 &08Tns"  
本例中，搜索统计显示，待分析的128例中，共有59例由于光线追迹失败而跳过。如果在不带WAC参数的情况下运行这个宏，程序将跳过128种情况中的125种。不要跳过用例总是一个好主意，因为有希望的配置可能会被错过。当你用 DSEARCH 搜索最佳镜头设计时，WAC参数是你可以尝试的另一个参数。 ]nHe$x!2]  
q|/!0MU"  
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。  3:"AFV  
lk~dgky@  
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。 Q%$i@JH`m  
a(g$ d2H  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。