[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。 76[qFz  
0*P-/)o x  
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： a>#$&&oQ0  
5<GeAW8ns]  
我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头，F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先，我们必须创建一个可追迹的前端。 G1X73qoHT<  
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，并指定用于广角的物体类型 OBD，并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始，比如50度，然后，使用 WorkSheet™ 滑块，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时，增加 OBD 视场角，以这种方式继续，直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分： cJm},  
B;Z _'.i,d  
p{qA%D  
镜头文件： #Z]Cq0=  
RLE #l)o<Z  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH ,?K5/3ss  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 R^@`]dX$  
APS               5 XH0Vs.w  
UNITS MM }3 ~*/30V  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 S~z$=IiB  
A0.xPru1p  
   0 AIR #Sy~t{4  
0    CV  1.0000000000000E-09 AIR 0ZL>-  
1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 (u8OTq@  
1    GLM      1.50000000             55.00000000 es69P)  
2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR b+AxTe("  
3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 * kL>9  
3    GLM      1.50000000             55.00000000 9-A@2&J1  
4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     qoph#\  
5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR [r]<~$  
END +=L+35M  
#"C*dNAB  
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。 jtpk5 fJB  
kiin78W  
CORE 16 $WE_aNfja  
DSEARCH 2 QUIET V~.SgbLc  
USE CURRENT 5 ALL 2l+'p[b0>  
3uvl'1(%J  
GOALS Pa; *%7  
ELEMENTS 5 w3fD6$  
FNUM 2 1 (/> yfL]J  
BACK 10 SET sSiZG  
STOP MIDDLE ~Wm'~y>  
STOP FREE Mns=X)/hc  
ASPH Q E}36  
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ;%>X+/.y0  
FOV .2 .4 .6 .8 1 0icB2Jm:D}  
DELAY OFF DAN"&&  
NGRID 6 :w4H$+j  
SNAP 10 D*HK[_5  
PLASTIC 5 7 9 11 13 8,CL>*A  
!QUICK 30 40 k]TJL9Q  
ANNEAL 50 10 Q OWN
|W,  
NPASS 50 jNIz:_c-~  
END i-k(/
Y0  
SPECIAL AANT k'[\r>T  
ACC 10 1 1 <(qdxdUp  
ACA 70 1 10 ov>`MCS,v  
LUL 90 .1 1 A TOTL [h\_yU[P  
END .lcgM  
GO Y(R],9h8  
wz:w
6q  
b DF_  
% e70*;  
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 !\&4,l(  
PO2]x:  
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 (ub
K i[)  
J2`OJsMwWe  
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 \>eFs} Y/  
hn/SS  
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 *EtC4sP  
W
N#dR~>  
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： 61TL]S8  
y2C/DyuAY|  
J=DD/Gp  
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 afcyAzIB&  
9+>%U~U<  
现在需要进一步改进设计。运行 DSEARCH 产生的优化 MACro，镜头的性能变化很小。 -g vS3`lX  
Od]wh  
现在必须检查视场的像质。 在 PAD 中，单击PAD工具栏中的“扫描”按钮，然后观察到靠近曲面9的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中，我们必须控制它。 %A(hmC  
yD ur9Qd6  
由于我们改变了 YP0 的数量，目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果，但是现在我们必须把它放在那里。在 WS 编辑窗格中，我们输入 *-_joAWTG  
APS -9 'VY\ut  
CSTOP 4_
Rv}Yd  
WAP 2 U09@pne8  
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 `udZ =S"/L  
-| t|w:&  
1]jUiX=T  
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 xJ|Z]m=d   
a% 82I::t  
:&D$Q 4  
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。 i0&]Ig|;  
n%P,"V  
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。 }4I;<%L3`  
L2y{\<JC"  
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） qv+}|+aL:  
X1h*.reFAL  
:!gzx n  
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。 s}Sxl0  
GEf[k OQ  
F30jr6F\  
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。 zzBqb\Ky  
RLE vui{["  
ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 _N`pwxpsb  
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                           g|l|)T.s  
FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' &($Zs'X  
MERIT   0.617523E-03 qxW2q8QHo  
LOG        4 ,TxZ:f`"  
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 -[`FNTTV C  
APS              -9 *C?x\.\C  
CSTOP |k9A*7I  
WAP                2 1&
}^{ Ys  
UNITS MM   oE4hGt5x{  
OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                         N[,/VCW  
@AdJu-u  
   0 AIR ,s1n!@9  
   0 CV  1.0000000000000E-09 AIR Y:="vWWG  
   1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 @$'1  
   1 GLM      1.582541321             69.489424800 *Cgd?*\7  
   2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR OG}D;Ew  
   3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 DV~1gr,\  
   3 GLM      1.862101561             32.759137271 P%Ux-0&  
   4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR Uyyw'Ni  
   5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 5Gsj;  
   5 CC     15.35107422 rJm%qSZz  
   5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 jNNl5.  
   5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 &^YY>]1Py  
   5 CTE   0.650000E-05 JZ=a3)x"  
   5 GTB U    'AD-5503         ' W\<5'9LNb  
   5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 62LQUl]<  
   5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0IM#T=V  
   5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8Lpy`
He  
   5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ZvO:!u0+"  
   5 PLASTIC gB@Wv91  
   6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR E|.D  
   6 CC     -1.63833609 VU*{E  
   6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 #B)`dA0a  
   6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~qT+sc!t
  
   6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 uL4@e  
   6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 m,TqyP#  
   7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 *WgP+"h  
   7 CC     -3.18613168 _n{
6/  
   7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 JhDjY8?86  
   7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Z@8amT;Y  
   7 CTE   0.600000E-04 qO9_e  
   7 GTB U    'ZEON480R        ' F<w/@.&m  
   7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 -}juj;IVv  
   7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {w^flizY  
   7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 [P{Xg:0  
   7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 uyG4zV\h*  
   7 PLASTIC es(vW
f'  
   8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR +T^m  
   8 CC     -0.98132904 &/, BFx"  
   8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 aV(*BE/@F  
   8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 1|cmmUM-'v  
   8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 TniZ!ud  
   8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^j=_=Km]  
   9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 {hRAR8  
   9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 hoeTJ/;dm  
   9 CC     -5.54999790 D\V}Eo';6  
   9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 1 )j%]zd2  
   9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 j`'=K_+nU  
   9 CTE   0.600000E-04 W#y)ukRv  
   9 GTB U    'ZEON480R        ' oaBfq8,;  
   9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 +uwjZN'9a  
   9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
d*>M<6b-  
   9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ($W9 ?
  
   9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ak;Z;  
   9 PLASTIC p-;]O~^  
   10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR l1wxs@](  
   10 CC      0.92206943 O.K8$  
   10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ?0;b}Xl-  
10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !P92e1  
   10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 u%[*;@;9+  
   10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 T)Nis~  
   11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 JrL/LGY  
   11 CC     -0.42284721 H[Pb Wy:  
   11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 "a"[B'  
   11 CTE   0.720000E-04 ;LrKXp  
   11 GTB U    'OKP4            ' nQ(#'9  
   11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 dF.T6b  
   11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 VBCj.dw  
11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 4GHIRH C%[  
   11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Yu1xJgl  
   11 PLASTIC \AK|~:\]  
   12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR H*\ }W  
   12 CC    -21.87743665 @g=A\2  
   12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 }5]s+m  
   12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 X7 ZaQ .  
   12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6|dUz*Pr|\  
   12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 i~FCt4  
   13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 q2<J`G(tZ  
   13 CC     -2.93101390 yauP j&^R  
   13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 eO9nn9lql  
   13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 [a |fm*B!  
   13 CTE   0.600000E-04 F#<PFT4i  
   13 GTB U    'ZEON480R        ' ~!nd'{{9  
   13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 .N+xpxdG,  
13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `Ys })Pl  
13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Jb$z(?S  
   13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 <NAR'{f  
   13 PLASTIC yED^/=\)}  
   14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR ;_SS3q  
   14 CC     16.95417460 <|`@K|N  
   14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 slmxit  
   14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 D!sSe|sL^  
   14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Cg|uHI*  
   14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 0Its;|  
   15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR ^#Y6 E  
END jh?7+(Cw  
Y}#^n7*w~  
另一种广角镜头： zg j35  
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。 /g9{zR [  
 !fV6KkV  
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 eJA{]^Zf  
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。 Uy1xNb/d  
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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。 C}kJGi  
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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。 9}mp,egV  
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#eXNyCe  
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。