[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。 SIr^\iiOB  
hDAxX=FM  
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： w]Byl3}Gt  
?Gr2@,jlD  
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。 JS{trqc1d  
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： v==]v2-  
2F- ]0kGR|  
6B .x=  
镜头文件： B+Ox#[<75  
RLE RV{'[8gM  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH SZ)AO8&  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ~
wl4  
APS               5 "oc&uj  
UNITS MM >56I`[)  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 <+iL@'SgF  
CUG3C  
   0 AIR y/d/#}\:  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR "pLWJvj6-  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 {iRXK  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 "T+oXK\B  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR V\4zK$]  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 6Rcl HU  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 "S ~(|G  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     t=B>t S.hO  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR E Qn4+  
END 0S}ogU[k  
@}[yC['  
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 `of`uB  
-YD+xPD  
CORE 16 "z/)> ?Wn  
DSEARCH 2 QUIET c"H59 j
E  
USE CURRENT 5 ALL (|kcSnF0  
|2'u@<(Z/  
GOALS d=~-8]%\  
ELEMENTS 5 F\lnG  
FNUM 2 1 gZ b+m  
BACK 10 SET Z'F=Xw6;b  
STOP MIDDLE P g{/tMY  
STOP FREE qY^@^)b[  
ASPH Q C 7e  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 <!m'xOD  
FOV .2 .4 .6 .8 1 :1/K$A)^{  
DELAY OFF !Ic{lB   
NGRID 6 k.MAX8  
SNAP 10 W7 iml|WV0  
PLASTIC 5 7 9 11 13 rr;p;  
!QUICK 30 40 +&j&es  
ANNEAL 50 10 Q ^S]-7>Yyr  
NPASS 50 "?r=n@Kv  
END zVL"$ )  
SPECIAL AANT ) }.<lSw  
ACC 10 1 1 /j|Rz5@=  
ACA 70 1 10 U.mVz,k3  
LUL 90 .1 1 A TOTL dd=';%?  
END }/cMG/%  
GO W:z?w2{VI(  
NrTK+6 z  
wE*jN~  
14LOeo5
O  
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。 FR%u1fi  
3\~ RWoB0u  
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。 h0v4!`PQ-  
a9<
&|L <  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 nS`DI92I  
<ic%c/mN  
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。 'tRaF  
n:i?4'-}  
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： tOQura
 
h%0hryGB  
/ZcqKC  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 #4Z]/D2G  
Wdp?<U  
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。 gr%!<2w  
h4\j=Np  
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。 )C0dN>Gb  
CG -^}xE:  
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  <m7T`5+  
APS -9 X?Yp=%%
 
CSTOP Ry+Ax4#+(y  
WAP 2 Q,1TD2)h  
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。 Xgs 31#K  
bOKgR{i  
hj8S#  
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。 pjI< cQ&  
l_`DQ
8L`  
:vqfWK6mv  
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。 fNkN  
T9,T'y>BD  
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。 Sjogv  
|D ?}6z  
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） n%"0%A  
BRu/pyxG  
0i4X,oHjG  
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。 ee9nfvG-  
_Coh11  
svBT~P0x  
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。 qBkI9H  
RLE x
K3 xiR  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 e!:/enQo  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           W)0y+H\% r  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' 3*DwXH+  
MERIT   0.617523E-03 y].vll8R  
LOG        4 Ckelr  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ;g0p`wV  
APS              -9 5tIM@,.I/  
CSTOP j#`d%eQ~J  
WAP                2 "HuV'  
UNITS MM    ?Cu1"bl  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         7Z(F-B +j  
s /?&H-  
   0 AIR n$ri:~s  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR ikSm;.  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 ]Gm$0uS  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 Mk*&CNo3  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR Q|^TR__  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 QzzV+YG$(4  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 0S{dnp  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR ZW]Q|vPh4U  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 !+E|{Zj  
   5 CC     15.35107422 ]G0`W6;$]  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 OYWW<N+R2  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ae)0Yu`*G7  
   5 CTE   0.650000E-05 (Oc[j{6q  
   5 GTB U    'AD-5503         ' Bhy:" r%#  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 I1H} 5bf3  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6Q&*V7EO  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *mc]Oa  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Whf7J'  
   5 PLASTIC NW.<v /?=,  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR C3Hq&TVf/  
   6 CC     -1.63833609 jf&LSK
;2  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Pgy&/-u  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \~(ww3e  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 sGf\!w  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 'wo[iNy[  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 Wp0e?bK_  
   7 CC     -3.18613168 x4PH-f-7  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 uc%
&g  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 `Z3Qx~fx  
   7 CTE   0.600000E-04 YHVJg?H3  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' AC=/BU3<yc  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 B%v2)+?@  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3~e"CKD>  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <p48?+K9  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 [e2sUO0~
r  
   7 PLASTIC p< fKj  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR @quNVx(y  
   8 CC     -0.98132904 2V}tDN7c  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 O7#ECUH  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &&0,;r,-)  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Xd_86q8o  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 )`RF2Y-A7  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 ?|8QL9Q"|  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 _}X_^taTZS  
   9 CC     -5.54999790 't$(Ruw  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 {iP^51fy  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Wgl7)Xk.)  
   9 CTE   0.600000E-04 {emO&#=@CP  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' <a-I-~  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 [sC]<2
r  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 w_po5[]R  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,3G8
afo  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ti:qOSIDTA  
   9 PLASTIC ."R,j|o6  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR ,}!OJyT  
   10 CC      0.92206943 Do7&OBI~  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Z!TLWX"  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 XE
F|B--,  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `.f<RVk-  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 B2~KkMF  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 K/Q^8%Z  
   11 CC     -0.42284721 G9s: Wp  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 .Od.lxz"mp  
   11 CTE   0.720000E-04 Y`S9mGR#  
   11 GTB U    'OKP4            ' OO@ (lt  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 }/ 6
Q3B  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5Sd+Cc  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Egv (n@1  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 &pS <4  
   11 PLASTIC +'abAST t  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR 4P@Ak7iL(V  
   12 CC    -21.87743665 &?mH[rG"  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 \
|Pp%U [  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5qkG~YO-  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }EmNSs`$r  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 UY*3b<F}  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 O/^7TBTn<r  
   13 CC     -2.93101390 -W(O~AK  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 =[!&&,c=  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 G>{B
ij44  
   13 CTE   0.600000E-04 MXY[t  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' 1hj']#vBu  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 SMVn2H@  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 V`Z-m-V~1  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 gF;i3OJg  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 YaJ[39V  
   13 PLASTIC <rc?EV  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR <Q'J=;vV  
   14 CC     16.95417460 EnXNTat})  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 C-/<5D j  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Zr,:i MPZ  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 12;"=9e!  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 7A|n*'[T>  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR K'.aQ&2  
END $pK2H0c
 
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z.ta!6  
另一种广角镜头： ~=~|@K  
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。 |Id0+-V ?  
d@~Hp?  
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 [V_Z9-f*  
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.ev~Vv~  
I!?-lI@(  
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。 s(W]>Ib  
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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。  L5/J  
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除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。