[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。 wV W+~DJ  
ib/&8)Y+J  
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： <4rF3 aB-  
E88_15'3D  
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。 qGl+KI
 
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： 0(@8  
rQj.W6w=  
N%_-5Q)so  
镜头文件： o+/x8:   
RLE _S2QY7/  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH Z;7f D  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 Pt";f  
APS               5 sBZKf8@/  
UNITS MM ~Jmn?9 3  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 /_o1b_1U  
Z^>3}\_v  
   0 AIR ]Ol@^$8}  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR 9t7_7{Q+;  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 VSmshl
d  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 -;Cl0O%  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR kpxd+w  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 E-.M+[   
3    GLM      1.50000000             55.00000000 m`4Sp#m  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     ~?[%uGI0h  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR tA}O'x  
END WH/
r$.&  
0qw,R4YK  
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。 ylmf^G@JC  
*oZBv4Vh   
CORE 16 VAsaJ`vcb  
DSEARCH 2 QUIET X/2Xr(z"k  
USE CURRENT 5 ALL 4SY]Q[  
i^Ep[3  
GOALS Mm^o3vl  
ELEMENTS 5
RUYwDtC  
FNUM 2 1 f{^C+t{r  
BACK 10 SET ?J%$;"q  
STOP MIDDLE z)]_(zZ^  
STOP FREE i7mT<w>?  
ASPH Q Vyu0OiGcR  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 $@}6P,mg  
FOV .2 .4 .6 .8 1 F2!_Z=  
DELAY OFF **fJAANc  
NGRID 6 8iqx*8}  
SNAP 10 `:-{8Vo7  
PLASTIC 5 7 9 11 13 oizD:|  
!QUICK 30 40 T$0//7$')  
ANNEAL 50 10 Q 6@ToPbj4  
NPASS 50 ZK{VQ~  
END y9pQ1H<F;  
SPECIAL AANT najd~%?Rs  
ACC 10 1 1 Nyow:7p  
ACA 70 1 10 R`!x<J  
LUL 90 .1 1 A TOTL &]16Hb~  
END %
RdCSQ9~  
GO UccnQZ7/I  
8e[kE>tS._  
~bdADVH  
.Rd@,3  
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。 u6awcn  
=HQH;c"  
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。 >|XQfavE  
]Tx8ImD#)A  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 HZkC3$  
f|1y?w?I  
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。 7'J}|m{7  

j42U|CuK  
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： !3kyPoq+  
]lXTIej`dy  
Jc-0.^]E}  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 TsfOod   
esLPJx  
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。 IT'~.!o7/  
&t+03c8g!  
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。 6}K|eUak/  
4%KNHeaN  
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 *jCXH<?R  
APS -9 !FA^~  
CSTOP I}kx;!*b  
WAP 2 eeoIf4]  
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。 %)i?\(/  
Q|"{<2"]U0  
y9=/kFPRm  
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。 B&0-~o3WP  
uV#/Lgw{M  
Yih^ZTf]O?  
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。 : N>5{  
]mn(lK  
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。 Fm#4;'x5E  
pV=X  
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） :\4?{,@_h  

<ij;^ygYD  
W&;X+XA_W  
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。 j\P47q'v#  
QNLkj`PL/  
9mEC|(m*WK  
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。 `$JPF Z  
RLE `9(T
qcE  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 )|x)KY  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           _ncqd,&z  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' &DYHkG  
MERIT   0.617523E-03 J-:\^uP  
LOG        4
Dr^#e  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 f[6;)ZA  
APS              -9 /VgA}[%y  
CSTOP GO.mT/rB  
WAP                2 %4Y/-xF}9,  
UNITS MM   q=M!YWz  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         9*h?g+\  
z:ue]7(.  
   0 AIR DBWe>Ef(  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR frWw-<
HoI  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 <T>C}DGw  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 f\nF2rlu  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR L%# #U'e3  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 oP$NTy[  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 QmT L-  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR +H,/W_/g  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 5}x^0 LY  
   5 CC     15.35107422 ^w5`YI4<  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576
*)gbKXb  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 N?eWf +C  
   5 CTE   0.650000E-05 )[|`-M~u  
   5 GTB U    'AD-5503         ' 3fgVvt-2  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 5`53lK.C  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 UiqHUrx  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `PXSQf  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 @" UoQ_h%  
   5 PLASTIC )@Fuw*  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR AifnC4  
   6 CC     -1.63833609 y*0bHzJ  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^31X-}tv  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 (, Il>cR4  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ma)Y@Uw M  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ]mYT!(}  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 ujGvrYj  
   7 CC     -3.18613168 HP}d`C5<R  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 MDGD*Qn~  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 >T[1=;o]  
   7 CTE   0.600000E-04 DF|(CQs9  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' g]PmmK_L  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 bnt>j0E  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 N2[EdOJT_  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 n@<+D`[.V  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ~1jSz-s  
   7 PLASTIC .Xnw@\k'  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR DUUQz:?{J  
   8 CC     -0.98132904 Lgw!S~0  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 H,bYzWsrPo  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00  pbM~T(Y8  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &sleV5V  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 I]t ",s/j
 
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 $Zf hQ5bat  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 99j^<)  
   9 CC     -5.54999790 M}2a/}4
 
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 #/a>dK  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 :Lu=t3#  
   9 CTE   0.600000E-04 f-6
-!  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' [+<lm 5t  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00
*Y8nea^$  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {WfZE&B  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 >|Ps23J#  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !8S$tk  
   9 PLASTIC Khp`KPxz%  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR <
pJeiMo  
   10 CC      0.92206943 {}!`v%z  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 P/uk]5H^  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {+r0Nikx_  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `R]B<gp  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Y|$3%t  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 3.,O7 k7y  
   11 CC     -0.42284721 oRmz'F  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 l>p S23  
   11 CTE   0.720000E-04 O]&DDzo  
   11 GTB U    'OKP4            ' Kgh@.Ir  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ,?s3%<\2   
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,ND}T#yTR  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 yU'Fyul  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 P?D;BAP2  
   11 PLASTIC 5R"My^G  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR e lj
]e  
   12 CC    -21.87743665 KtH-QQDluj  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 GR6BpV7  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ea
Sf[!24"  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 F#d`nZ=M  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 8
~Avg6,  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 R)4L]ZF  
   13 CC     -2.93101390 "\0&1C(G  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 B+W 4r9#  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 L9L!V"So1k  
   13 CTE   0.600000E-04 }s i{  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' .KH3.v/c|  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 E2J.t`H  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2 VgFP3  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 lxsBXXZg  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ,
H$1iJ?  
   13 PLASTIC }AdA? :7A  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR 24;F~y8H  
   14 CC     16.95417460 
;oL`fQyr  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 !e+ex"7  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 %-u Ra\  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 J~dk4D\  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 i4"BN,NZ{  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR 7Uy49cs,  
END dG5p`N%  
:v-&}?  
另一种广角镜头： 9em?2'ysa  
在本章的第一部分中，我们观察到，超过90度的输入角需要一个定制的前端，其目的是将主射线的角度减小到一个更易于控制的值，以便光线能够通过。但如果这个领域的角度小于90度，工作就简单多了。 }\+7*|  
GI:
J9TS  
点击打开 C45M2，我们使用 DSEARCH 本身，没有添加前端，并指定广角校正参数(WAC)为50度，此镜头的最大视场角为86度而不是92.4度 JQSp2b@'H  
本例中，搜索统计显示，待分析的128例中，共有59例由于光线追迹失败而跳过。如果在不带WAC参数的情况下运行这个宏，程序将跳过128种情况中的125种。不要跳过用例总是一个好主意，因为有希望的配置可能会被错过。当你用 DSEARCH 搜索最佳镜头设计时，WAC参数是你可以尝试的另一个参数。 2|Of$oMc  
k;aV4 0N9  
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。 aE]/w1a  
!2]eVO  
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。 jV:Krk6T<  
+ Xc s<+b  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。