[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。 *. t^MP  
tQVVhXQ7  
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： 5P bW[  
UKGPtKE<  
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。 ?,/ }`3Vw  
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： '/p4O2b,  
Wwo0%<2y  
4+n\k  
镜头文件： _c07}aQ ],  
RLE TeQV?ZQ#}  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH \U0Q<ot/7  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 Jm@oDME_E  
APS               5 l (o~-i\M  
UNITS MM Om&Dw|xG8  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 /v}`l  
z:O8Ls^\T  
   0 AIR 4-w{BZuS  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR P>T"cv  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 iZ%yd-  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 6!o1XQr=Z  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR Gj*9~*xm(  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 7)m9"InDI  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 f1? >h\F8  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     XW9!p.*.U  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR Bvj0^fSm  
END K
oYF]  
a*;b^Ze`v  
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。 I fir ,8  
+\'tE~V  
CORE 16 ;S{(]K7i  
DSEARCH 2 QUIET =a!=2VN9y  
USE CURRENT 5 ALL E`q_bn  
2c}E(8e]  
GOALS ^Cmyx
3O^  
ELEMENTS 5 E7hhew  
FNUM 2 1 k9R9Nz|J  
BACK 10 SET J,G lIv.A  
STOP MIDDLE |qLh5Ty  
STOP FREE z#N@ 0R  
ASPH Q X]=t>
 
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 l6B@qYLZ  
FOV .2 .4 .6 .8 1 q4q6c")zp  
DELAY OFF m|# y >4  
NGRID 6 0YzpZW"+  
SNAP 10 $( )>g>%  
PLASTIC 5 7 9 11 13
ax2B ]L2  
!QUICK 30 40 _@g;8CA  
ANNEAL 50 10 Q YqG7h,F  
NPASS 50 5x
de;  
END d _ e WcI  
SPECIAL AANT Si,6o!0k  
ACC 10 1 1 @;kSx":b  
ACA 70 1 10 BY*Q_Et  
LUL 90 .1 1 A TOTL >p/`;Kq@  
END 8fb'yjIC  
GO 'S~5"6r  
#g=XUZ/"  
u>$t'  
J
RFtsio*  
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。 5;S.H#YOpO  
K^$=dLp  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 z~Q)/d,Ac  
OB7hlW  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 iLz@5Zj8  
-/k 3a*$/  
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。 F/Pep?'  
N7_"H>O$0U  
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： eFAnFJ][L  
fh{`Mz,o  
KG@8RtHsQ  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 V1?]|HTQcT  
zJXplvaL;  
现在需要进一步改进设计。运行 DSEARCH 产生的优化 MACro，镜头的性能变化很小。 j9,P/K$:w  
!c-*O<Y  
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。 *kVV+H<X|b  
AEuG v}#  
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 iUwzs&frd  
APS -9 ':}\4j&{E  
CSTOP +{>=^9%X  
WAP 2 :!/8Hv  
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。 f-d1
KNY  
9Ee'Cm  
P&q7|ST%N  
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。  9akH  
m3ff;,  
+)?J#g  
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。 ?}7p"3j'z  
0Qd:`HF[  
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。 _FEFx  
SzRmF1<  
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） 875od  
1sCR4L:+  
'n|5ZhXPB  
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。 ^t"'rD-I  
uGt-l4  
BZxvJQ  
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。 :L;a:xSpn=  
RLE !Uc T RI  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 =2 kG%9  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           l(q ,<[O  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' 2 FFD%O05  
MERIT   0.617523E-03 cAc@n6[`3  
LOG        4 d| {r5[&  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ]_f<kW\1*  
APS              -9 H.2QKws^F  
CSTOP HmwT~  
WAP                2 ;GhNKPY
 
UNITS MM   yZ`wfj$Jj  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         -(#iIgmP  
}{"fJ3] c^  
   0 AIR A9JdU&  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR 9K&:V(gmw  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 _y3Xb`0a  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 JG,%qFlk  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR aATA9V  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 o lxByzTh>  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 JZ#[ 2mLh  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR N!|wo:  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 Yuc> fFA  
   5 CC     15.35107422 (~en (  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 TU7'J  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ""D 4s  
   5 CTE   0.650000E-05 ow#1="G,=  
   5 GTB U    'AD-5503         ' LDg?'y;2  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 h*Pc=/p  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -tNUMi'  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 w-{c.x  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 p^u:&Quac  
   5 PLASTIC AvHCO8h|  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR ,{q;;b9  
   6 CC     -1.63833609 9k~8  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 FEVlZ<PW3I  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _7)n(1h[3b  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 o+9j?|M  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #!m.!? O  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 w'3iY,_ufC  
   7 CC     -3.18613168 Z`BK/:vo3H  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 -Vhw^T1iV  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 0C*7K?/  
   7 CTE   0.600000E-04 KK%M~Y+tU'  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' W"3ph6[eW  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 u?{H}V  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {91nL'-'  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 1>&]R=  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 0{[,E.  
   7 PLASTIC lu6(C  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR F*K_+ ?m  
   8 CC     -0.98132904 Jdp3nzM^^@  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Z*2Vpnqh\  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &(mR> mT  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 aoa)BNs  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !#"zTj  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 T${Q.zHY[!  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 @oad,=R&  
   9 CC     -5.54999790 V,?yPi$#E  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 -[DOe?T  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 {$Gd2gO  
   9 CTE   0.600000E-04 9 5RBO4w%w  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' O s.4)  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ]}(H0?OQR  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 E\2%
E@0#  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~BkCp pI  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 K:Q<CQ2  
   9 PLASTIC q8Z<{#oXu  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR P_p<`sC9  
   10 CC      0.92206943 ?8Cq{  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 {T Ug.%u  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ApXy=?fc  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Q&|\r  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 f:.I0 ST  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 V}NbuvDB@  
   11 CC     -0.42284721 LAe6`foW/  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 H?y,ie#u  
   11 CTE   0.720000E-04 az|N-?u  
   11 GTB U    'OKP4            ' !GEJIefx_  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 {3{"8-18  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 M|(Q0 _8  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Vr1<^Ib  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |WdPE@P  
   11 PLASTIC %\Mo-Ow!\  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR f &wb  
   12 CC    -21.87743665 Wh2tNyS  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 0|\$Vp  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ?r+-  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Z} r*K%  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 wtV#l4  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 c>~*/%+  
   13 CC     -2.93101390 x`IEU*z#  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 8d-t|HkN  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 >q1L2',pK  
   13 CTE   0.600000E-04 5=?\1`e1[  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' WYYa/,{9.  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 P0PWJ^+,+  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 P&e\)Z|  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 n%s]30Xs  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 8rS:5:Hi  
   13 PLASTIC e?ly
H  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR ?r2` Q  
   14 CC     16.95417460 pKrN:ExB"\  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 s)Cjc.Qs  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 TNh1hhJ$b  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 )Z?Ym.0/  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 9dUravC7  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR |(L
Z9I  
END oVe|Mss6  
zY!j:FT1HY  
另一种广角镜头： Gc;{\VU  
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。 $.rhRKs  
xzZ38xIhV  
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 0h\smqm  
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。 xZwLlY  
ouFYvtFg  
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。 Om@C X<(9C  
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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。 R1GEh&U{  
}m;,Q9:+m^  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。