[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。 #7(?B{i  
q%&JAX=  
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： *BdKQ/Dk  
k9Pwf"m|](  
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。 naOCa  
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： vU(uu:U9  
'\g-z  
kz30! L  
镜头文件： ^\"@r%|  
RLE zvEofK  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH ;zF3e&e(  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 }X|*+<  
APS               5 E@} NV|90  
UNITS MM =5l20 Um  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 T5<851rH  
|^:qJ;dOP  
   0 AIR qz_'v{uAj  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR uT :Yh6  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 O-uno{Fd*  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 ),!1B%  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR >(.GIR  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 m.6O%jD  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 \-`,fat  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     70Z#Ej  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR uCB>".'kM  
END ahoXQ8c:\}  
'r0kX||  
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。 U\'HB.P\  
|&49YQ  
CORE 16 on^m2pQ *p  
DSEARCH 2 QUIET *r90IS}A$2  
USE CURRENT 5 ALL V9:Jz Q=?`  
'73g~T%$^*  
GOALS /}kG$~  
ELEMENTS 5 1SK|4Am  
FNUM 2 1 d8!yV~Ka  
BACK 10 SET VZ3{$0 +  
STOP MIDDLE chC= $(5t  
STOP FREE x$L(!ZDh  
ASPH Q wJAJ
/  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 =:"wU  
FOV .2 .4 .6 .8 1 3QF/{$65!  
DELAY OFF ^Ay>%`hf*  
NGRID 6 uB@~xQ_V  
SNAP 10 \#(tI3  
PLASTIC 5 7 9 11 13 eJ ;a}{ 4%  
!QUICK 30 40 })F.Tjf*  
ANNEAL 50 10 Q ?h|&kRq  
NPASS 50 :3N&&
]
  
END Abc%V
RsT  
SPECIAL AANT @,^c?v  
ACC 10 1 1 1Qk]?R/DN  
ACA 70 1 10 '>:c:Tewy  
LUL 90 .1 1 A TOTL b2r]>*Vc  
END UTS.o#d  
GO wl.a|~-  
^:cc3wt'3[  
cp
_<y)__  
p}e1!q;N  
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。 ;@<Rh^g]  
T0e- X  
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。 ^B?brH}  
% B^BN|r  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 4.e0k<]N`  
MXa(Oi2Gg  
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。 Ys@OgdS@:  
X#Sgf|$  
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： q|zips,  
+l27y0>t  
,CxIA^  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 @#QaaR;4  
fNk0&M  
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。 f2iA5 rCV]  
:*I='M9B  
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。 ~?JNI8  
1:;S6
{oQ  
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 OK" fFv  
APS -9 Whl^~$+f  
CSTOP I} .9  
WAP 2 92(P~Sdv  
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 f\vMdY  
(yK@(euG  
g#%Egb1  
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 LsxRK5  
QAzwNXE+  
gvFs$X*^:  
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。 ]4onY>  
-2B3 xIZJ  
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。 %Y-5L;MI  
0.kC|  
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） ;_S DW  
{,B.OM)J  
37b6w6{D  
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。 *. 1S  
5)C`W]JE  
?kULR0uL+  
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。 4I8QM&7  
RLE >rXDLj-e  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 FQ>y2n=<d  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           F~sUfqiJ'  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' ?sv[vR(  
MERIT   0.617523E-03 q 7-ZPX  
LOG        4 ;}H*|"z;!  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 VG_xN
M  
APS              -9 4_
-L1WH  
CSTOP op($+Q  
WAP                2 {>Hn:jW<.  
UNITS MM   c_T+T
/O  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         9-Z?  
Vn65:" O  
   0 AIR NJCSo(O  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR v7/k0D .  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 ;+1ooeU  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 7+;.Q  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR E/<n"'0ek  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 seVT|z  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 E|A~T7G=  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR #&b<D2d  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 5+2qx)FZ  
   5 CC     15.35107422 &b'{3o_KN  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 zY2x_}#Q\"  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 vdh[%T,&  
   5 CTE   0.650000E-05 |kY  
   5 GTB U    'AD-5503         ' P%;lHC #i  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |\xTcS|d  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Pk;1q?tGw  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 p=V1M-  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 BOD!0CR5  
   5 PLASTIC M8IU[Pz4  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR a ?\:,5=  
   6 CC     -1.63833609 6~l+wu<$  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 TR%8O;  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,/qY 9eh  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 )NK#}c~5  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 oI
niy{  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 \]g51U!'  
   7 CC     -3.18613168 r$<M*z5q(\  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Gx*B(t]4y  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 _U9.u#>sV  
   7 CTE   0.600000E-04 Res4;C  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' BSL+Gjj~}  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 7uf5w0]
  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 4aKppj  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 X3][C  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 +-T|ov<  
   7 PLASTIC `.Zm}'  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR #.vp\W  
   8 CC     -0.98132904 )%<,JD  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 OdOn wY  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 DXFDs=u  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !K+hXQE1  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00
mi1^hl'2  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 *\B(-  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 :9e4(7~ona  
   9 CC     -5.54999790 l](!2a=[  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 JmeE}:5lpj  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 1!yd(p=cL  
   9 CTE   0.600000E-04 aPRMpY-YC3  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' i(Zz
E  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 B)/c]"@89  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 omznSL  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _pzYmQ  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 i'10qWz  
   9 PLASTIC #R7hk5/8n}  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR ^/cqE[V~,  
   10 CC      0.92206943 M`7[hr  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ?B@3A)
a  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 q#1G4l.  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 A-d<[@d0  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 l5]R*mR  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 WYP\J1sy  
   11 CC     -0.42284721 #s' `bF^  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 x iz+R9p  
   11 CTE   0.720000E-04 ?NvE9+n  
   11 GTB U    'OKP4            ' !1K.HdK  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 m2/S(f  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 C(UWir3mW?  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 SrGJ#K&%  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 O9m sPb:  
   11 PLASTIC -x:7K\=$SX  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR neE Zw#(Z  
   12 CC    -21.87743665 ^6Zx-Mf\  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 DC8\v+K  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 b4EUrSL  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -[&Z{1A4x4  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Qmb+%z  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 l>L?T#v!_  
   13 CC     -2.93101390 OH@gwC  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 4sX?O4p  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 >5?c93?  
   13 CTE   0.600000E-04 6`%|-o :  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' h~qv_)F_  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 j}K3YfH  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00  DZ4gp  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 LE~vSm^#  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 s&+`>  
   13 PLASTIC 9G"4w`P  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR &x=_n'  
   14 CC     16.95417460 UtC<TBr  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 TaaCl#g$?  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 cvf?ID84  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Nq^o8q_  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Bn%?{z)  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR he@Y1CY  
END wAgVevE  
vO53?vN[m9  
另一种广角镜头： f:y:: z  
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。 gwsOw [;k  
L>&{<M_  
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 t;0]d7ey'  
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。 9~2iA,xs  
1(*+_TvZ  
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。 [Jjo H1E@  
pHye8v4fvi  
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。 5\O&pz@D  
;Jb%2?+=!  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。