SYNOPSYS 光学设计软件课程四十一：设计一个超广角的镜头
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。 ZK h4:D
*M.,Yoj
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： `Hqgahb{P
?2q0[T?e
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。 ZiPz~G0[^
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： kN6 jX
= |E8z
u%
[attachment=120125] I|wC`VgB
M+I9k;N6&
5,+fM6^V
镜头文件： s4j ]kH
RLE t'Zv)Wu1 E
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 3WpQzuHPT
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 Y;@]G=a
APS 5 P`avn
UNITS MM Y`3\Z6KlV
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 <"8F=3:uk
MnlD87x@X
0 AIR jX0^1d@
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR y
t7 >,
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 jO9! :L>b`
1 GLM 1.50000000 55.00000000 WcY $=\7
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR !ST7@D
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 (*kKfg4Wj
3 GLM 1.50000000 55.00000000 Ta $55K0
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR uAs!5h
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ^\[c][fo
END y\,,hs
ui-]%~
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。 %{rPA3Xoy
U "r)C;5
CORE 16 uzT+,
DSEARCH 2 QUIET L={\U3 __k
USE CURRENT 5 ALL Cm]\5}Py
`q`ah_
GOALS W>q u~ak?x
ELEMENTS 5 QNXoAx%I
FNUM 2 1 ?XeaoD/
BACK 10 SET * U}-Y*
STOP MIDDLE X(BX+)YR
STOP FREE BHiG3fP
ASPH Q +Jm vB6s
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 L2_[M'
FOV .2 .4 .6 .8 1 Kz z/]
DELAY OFF (BngwLVDK
NGRID 6 +4 3~4_Oj
SNAP 10 HCCq9u s
PLASTIC 5 7 9 11 13 #;5Q d'
!QUICK 30 40 X|&H2y|*7
ANNEAL 50 10 Q ?:&2iW7z
NPASS 50 !D ?(}nag
END "?kDR1=7A
SPECIAL AANT 4GH &u,
ACC 10 1 1 mnBT Z/ZjS
ACA 70 1 10 +SE \c
LUL 90 .1 1 A TOTL 7yXJ\(6R_
END L8H:, } 2
GO FS=LpvOG)
n).*= YLN
~]].i~EV(
s: iBl/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。 u+
hRaI;v
^)GaVL^"5
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。 Z9MR"!0
X|/RV4x@Cq
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 !@wUAR Q
sCP|d` '
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。 CU*TY1 %
=CD.pw)B1
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： 6 !?]
(
KhP_ U{)D
[attachment=120126] q317~ z_nl
XR 3 dG:
~:PM_o*6
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 |@ d} O8
+IWf~|s
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。 .t8hTlV?<B
Q`NdsS2
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。 cN FHbMd
j%D{z5,nKm
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 RZKx!X4=q
APS -9 E:k ]Z
CSTOP >8x)\'w
WAP 2 p|NY.N
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。 (C1~>7L
^TjC
[attachment=120127] }Y|M+0
$7]?P;$
J] w3iYK
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。 T8)X ?>CIW
+ !" Y C
[attachment=120128] ~c]
q:pU2
){z #Y#]dP
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。 ,3c25.,*
D U)q]'[u
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`Iw
,fTC}> s4
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） 7 '6 5+c[&
-;ra(L`
[attachment=120129] %`K{0b
[attachment=120130] fAz4>_4
E.sZjo1
w ^^l,
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。 6uKth mr
sZxTsUW
[attachment=120131] K'e,9P{
[attachment=120132] :SW
vH- ]
\ltS~E uWU
dZ8ldpf8
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。 PC+Soh*
RLE $T:;Kc W)
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4 H3vnc\d~
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 nk_X_y
FNAME 'DSEARCH004.RLE ' &cT OrG
MERIT 0.617523E-03 lZe-A/E
LOG 4 #8
^b]
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 <gGO
APS -9 w1(5,~OB
CSTOP b/JjA
WAP 2 iPY)Ew`Im
UNITS MM KHx;r@ {<
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887 Csp $_uDi
| oM`
0 AIR ` ~^ My~f
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR :f%kk atO
1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987 <HT z
1 GLM 1.582541321 69.489424800 ntB#2S
2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR a IQC[ry
3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000 !>ZBb\EyK
3 GLM 1.862101561 32.759137271 Vr"'O6
4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR ~Ym*QSD
5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017 <n2'm
5 CC 15.35107422 &iq'V*+-\
5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 M
#0v# {o
5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 . XbDb
5 CTE 0.650000E-05 n[qnrk*3
%
5 GTB U 'AD-5503 ' _3N,oCRm
5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 8' '1H<f
5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6(t'B!x
5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 [`E_/95
5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Mae2L2vc
5 PLASTIC t5S|0/f
6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR #Tag"b`
6 CC -1.63833609 '@WBq!p
6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00 1M?x,N_W
6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
v0(}"0
6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 UM`$aPz
6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 xaB#GdD
7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860 #lSGH 5Fp?
7 CC -3.18613168 ]5:[6;w S
7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 @MFE Bc}
7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 #nft{AN
7 CTE 0.600000E-04 >Wx9a"H^(
7 GTB U 'ZEON480R ' 'qo(GGC M
7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 @"98u$5
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 d!Ws-kzE
7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 xiQc\k$
7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 `('U p?
7 PLASTIC _Gb 7n 5p
8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR nehk8+eV_
8 CC -0.98132904 | F'eT
4
8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00 RtxAIMzh?
8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Dp#2 7Yzc
8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 qh&KNJ>1
8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 1|G 5 W:
9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000 qPUACuF'
9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195 <&B] p
9 CC -5.54999790 CI \O)iB
9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 2v4&'C
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 XgKYL< k?S
9 CTE 0.600000E-04 L"?4}U:
9 GTB U 'ZEON480R ' tBw P B#:W
9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 I{H!K rM!
9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 f4dHOH
9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 /J c^XWf
9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 $gk=~p|
9 PLASTIC B%))HLo'
10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR )liNjY@
10 CC 0.92206943 IsFL"Vx
10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 i1b3>H*3
10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _x`:Ne?
10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 4IM&#_6
10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 _$HC NFdh
11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000 1.
Q"<[ M
11 CC -0.42284721 h4ghMBo%
11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 -wNhbV2
11 CTE 0.720000E-04 u+j x3aP:
11 GTB U 'OKP4 ' ~aL?{kb+
11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 l a]Zk
11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8jLO-^X< <
11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 z!~{3M
11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 (~b0-3s
11 PLASTIC gKPqU @$*
12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR 0d`l ugf
12 CC -21.87743665 Lr"`OzD z
12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 1'k,P;s
12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 vDc&m
12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *iPBpEWC
12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 x^pHP|<3`
13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908 5(Xq58nhxI
13 CC -2.93101390 g^\>hjNX
13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 _.,"`U; H
13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 %.{xo.`a[
13 CTE 0.600000E-04 X%B2xQM 5
13 GTB U 'ZEON480R ' 2qKAO/_O
13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 n{c-3w.uD
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 IF?
13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 cavz Xz
13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 s NC~S%[
13 PLASTIC S8]YS@@D
14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR zn\$6'"
14 CC 16.95417460 y# lg)nB
14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 cn_ *,\}
14 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 FvBnmYn W
14 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 h&b s`
14 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 6~8dMy;w
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR !t&C,@Ox
END Lez]{%+.`[
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另一种广角镜头： Xkp`1UTH
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。 E0Kt4%b
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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 ? ~_h3 bHH
[attachment=120133] T@N)BfkB
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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。 ogE|8`Tq^
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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。 >vQKCc|93
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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。 |\q@XCGei
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除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。
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