[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。 1|8<H~&  
71C42=AU  
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： TEsnNi 1  
V\K<$?oUb  
我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头，F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先，我们必须创建一个可追迹的前端。 Gs2p5
nL<  
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，并指定用于广角的物体类型 OBD，并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始，比如50度，然后，使用 WorkSheet™ 滑块，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时，增加 OBD 视场角，以这种方式继续，直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分： vs6,  
vVT
?h  
wve=.
n  
镜头文件： o/o:2p.  
RLE H6aM&r9}  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH n-QJ;37\  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 D=RU`?L  
APS               5 l.nH?kK<  
UNITS MM XN,,cU  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 hnWo|! ,O$  
_y .]3JNm  
   0 AIR nW?R"@Zm  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR ]IJv-(  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 x|eeRf|  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 A>.2OC+  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR @tRMe64  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 d77r9  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 Ml>( tec
 
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     7m5Co>NkuK  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR {F|48P;J  
END _x1EZ&dh  
bXM/2Z?6  
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。 =neL}Fav56  
R|!B,b(  
CORE 16 +Zk,2ri  
DSEARCH 2 QUIET p2x[
p  
USE CURRENT 5 ALL [FQ\I-GNC  
+pqM ^3t|y  
GOALS =7 ,K
f}6  
ELEMENTS 5 EP7AP4  
FNUM 2 1 > 8]j   
BACK 10 SET `Iy4=nVb  
STOP MIDDLE u@%|kc`  
STOP FREE ;mAhY  
ASPH Q ]B9 ^3x[:  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 b4,jN~ci  
FOV .2 .4 .6 .8 1 K'6[J"dB  
DELAY OFF G%TL/Z40  
NGRID 6 GO5~!g  
SNAP 10 m(sXk}e;1  
PLASTIC 5 7 9 11 13 JhR W[~  
!QUICK 30 40 Hlj6$%.  
ANNEAL 50 10 Q O2-M1sd$  
NPASS 50 )WR_ ug  
END EY>8O+  
SPECIAL AANT 9
-jO,l  
ACC 10 1 1 'b:Ne,<  
ACA 70 1 10 igDyp0t  
LUL 90 .1 1 A TOTL p*;Qz  
END |;;!8VO3J  
GO Gg0#H^s( (  
`hB1b["(  
h5@j`{  
ACBQ3  
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。 VTe.M[:  
_py2kjA6  
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。 Jme%  
a5`eyL[f  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 4?]oV%aP)  
r!/0 j)  
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。 9Yw]Y5l  
P6?0r_Y  
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： +p/1x'J  
jv}=&d  
?9U:g(v  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 ?J|4l[x  
IKf`[_,t]  
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。 
StQ@g  
u2qV6/  
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。 @oH[SWx  
IbdM9qo7  
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 T+TF-] J  
APS -9 Da,&+fZI!  
CSTOP 0P 5BArJ?  
WAP 2 S=R3"~p  
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。 q6[}ydV  
dm^H5D/A  
{$TZ}z"DA  
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 _5\AS+[x  
~ v1W  
8gpBz'/,  
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 Hcl"T1N*  
IrO+5w  
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 Wu{&;$  
o8D{dS>,PL  
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） #Go(tS~o  
B82,.?  
UA0tFeH  
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。 |9]PtgQv7  
MuSaK %  
QeK{MF  
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。 97x%2.\:  
RLE ]piM/v\  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 &l!$Sw-u;  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           t,?,F4j
 
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' ,|x\MHd?t_  
MERIT   0.617523E-03 9%TT>2#  
LOG        4 5byeWH0n3  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 4.k`[q8  
APS              -9 C >kmIw'  
CSTOP UG=I~{L  
WAP                2 As}eUm)B5c  
UNITS MM   WJcVQMs  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         '8Qw:fh  
%LcH>sV  
   0 AIR }MjQP R  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR 1*#bfeoM  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 Gx;xj0-"  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 ,]U[W  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR h+xA?[c=  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 4[_L=zD  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 D@5s8xv  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR iha9!kf  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 8vO;IK]9b^  
   5 CC     15.35107422 ~%KM3Vap  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 EJ8I[(  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 rV U:VL`2  
   5 CTE   0.650000E-05 \L %q[  
   5 GTB U    'AD-5503         ' kyK'  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 OT%V{hD  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,$PFI(Whk  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 @5GBuu^j  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |I/,F;'  
   5 PLASTIC A8mlw#`E8b  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR RCCv>o  
   6 CC     -1.63833609 *78)2)=~  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 bm^X!i5  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 qdO[d|d  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Vbo5`+NAis  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 hLSTSD}  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 u'=(&><  
   7 CC     -3.18613168 'hy?jQ'|e  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 ?^Pq/V
tZ  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 QjqBO+  
   7 CTE   0.600000E-04 +q l  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' Y[h#hZ  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 /'mrDb_ip  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :TlAL# s&  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 NA=#>f+U%  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 A1=_nt)5  
   7 PLASTIC >eRZ+|k?N  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR fqN75['n  
   8 CC     -0.98132904 `,Xb8^M2  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00
KjBOjD'I  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 keaj3#O  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8s~\iuk  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 v7L"`  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 ?Q;kZmQl  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 g;l'VA3v  
   9 CC     -5.54999790 MSK'2+1T@g  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Q:pzL "bT  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 .#sz|0  
   9 CTE   0.600000E-04 ,TEuM|  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' -}E)M}W  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^l--zzO8l  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 epn#qeX  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 IX"ZS  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 G *ds4R?!  
   9 PLASTIC 5GaoJ v  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR Zd8drT'@#  
   10 CC      0.92206943 ix^gA
ot  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 tp%|AD"  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 sw[oQ!f  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 H_Iim[v#  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 T<f2\q8Uo=  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 8~.iuFp  
   11 CC     -0.42284721 ~:T3|  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 Wx}M1&d/J  
   11 CTE   0.720000E-04 /8=:qIJYA  
   11 GTB U    'OKP4            ' #FEa 5  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |3 ;u"&(P  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 h (qshbC}  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,GP!fs
K  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 `0Yt1Z&
 
   11 PLASTIC mm_^gQ,`  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR SOhSg]g  
   12 CC    -21.87743665 6`_!?u7  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 IY V-*/ |  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 o>0O@NE  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {5U1`
>  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 4pLQ"&>}80  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 u/_Gq[Q,u  
   13 CC     -2.93101390 zwMQXI'k83  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 %I_&Ehu  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 `<S/?I8  
   13 CTE   0.600000E-04 9!5b2!JL  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' -E6Jf$  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 m~##q}LZ  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 KLG6QBkj  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &1*4%N@'  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 7X(rLd 6#  
   13 PLASTIC Rl y jOf{0  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR Uc\|X;nkRk  
   14 CC     16.95417460 ooomi"u  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^a086n  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;:AG2z
E!  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 cC b>zI  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 W8Ke1(ws&  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR iPA@<D%  
END ARmu{cL  
d|>9rX+f  
另一种广角镜头： zA2UFax=  
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。 8o!  
W3FymCI  
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 +F1]M2p]  
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。 bs:C1j\&  
}UyzMy,  
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。 p#ZMABlE,P  
TvQWdX=  
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。 Z|]l"W*w  
[P.@1mV  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。