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。 @qF:v]=_@
P_.AqEH
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： b
| ijkys
`j 4>
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。 ;2g O(
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： -O $!sFmY
gBXoEn]
[attachment=120125] F84<=' K
j:HIcCp
q{L-(!uz7_
镜头文件： ;):E 8;B)
RLE /%b nG(4
ID WIDE-ANGLE DESEARCH IGA4"\s
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 wOEc~W Od
APS 5 9?sm-qP
UNITS MM Y/L*0 M.<
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 T#& X7!4
Bf3 QB]9
0 AIR Jpn= ^f[rm
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR 2r@ 9|}La
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 +iN p8
1 GLM 1.50000000 55.00000000 dleCh+ny?
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR fY|[YPGO^
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 ^ h2!u'IQ
3 GLM 1.50000000 55.00000000 34J*<B[Njo
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR ;B{oGy.
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR P!XO8X 1F
END MIqH%W.r u
[<wpH0lNoy
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 5? f!hB|6
9&Z+K'$=
CORE 16 z0|-OCmL
DSEARCH 2 QUIET #[Rs &$vQm
USE CURRENT 5 ALL s#X fu\CP
_]L]_Bh
GOALS DbYnd%k*4
ELEMENTS 5 xZVZYvC,t
FNUM 2 1 i*T
-9IP
BACK 10 SET ^- " tK:{
STOP MIDDLE S Erh"~[
STOP FREE NIp]n[ =.q
ASPH Q tY#Zl 54~{
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 y qP=6
FOV .2 .4 .6 .8 1 >1` '5A}s
DELAY OFF ? [)V
NGRID 6 p!\ GJ a",
SNAP 10 "@t bm[
PLASTIC 5 7 9 11 13 ;
FHnu|
!QUICK 30 40 l9 &L$,=
ANNEAL 50 10 Q Yaz/L)Y;R
NPASS 50 28 zZ3|Z3
END ~JP3C5q
SPECIAL AANT 8T Tj<T!N
ACC 10 1 1 qI<c47d;q
ACA 70 1 10 a;\a>N4
LUL 90 .1 1 A TOTL .0MY$ 0s
END #8y"1I=i&
GO JkKbw&65
E
H|L1g
^ ~dC&!D
VH v L:z
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。 xE!b) @>S
'- 3K`[
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。 uG-S$n"7K
,R=$ qi|
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 E%a&6W
BnaI30-
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。 {Q @?CT
\C{Zqo,
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： =)a %,H
$ 'yWg_(
[attachment=120126] J|VDZ# c7
>:BgatyPH
tTh4L8fO
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 AtxC(g m 1
PH'n`D #
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。 +RnWeBXAT
6P)D M
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。 *^CN2tm
q Ll4t/p
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 8G3.bi'q
APS -9 qxYCT$1
CSTOP SL
+ \{V2
WAP 2 } g: 'K
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 7p>T6jK)
]cW Q9
[attachment=120127] ] v:"
_Ih"*~ r/&
fB 'Jo<C
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 fuWAw^&
uA cvUN-@
[attachment=120128] S"`{ JCW$
~RZN +N
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。 b L {D*\HF
Ds{bYK_y
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。 <vu~EY0.
++ObsWZ
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） w{]B)>! 1W
Z Z c^~
[attachment=120129] B~,?Gbl+g
[attachment=120130] $-<yX<.
\g v-2.,
K <WowU
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 dF|R`Pa2ML
MYR\W*B'b
[attachment=120131] h]IoH0 /
[attachment=120132] UF@.
jwI1 I {x
v
"[<pFj^
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 M. _5m Z{
RLE lLK||2d
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4 m |.0$+=
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 z`D|O|#q
FNAME 'DSEARCH004.RLE ' P$3!4D[
MERIT 0.617523E-03 n"Jj'8k
LOG 4 `iEYq0}
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 T8x /&g''
APS -9 Zjs,R {
CSTOP `wSoa#U"@
WAP 2 #W8c)gkG9
UNITS MM F>E_d<m
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887 Z+4Mo*#
ZvK3Su)f1
0 AIR D>`{f4Y
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR %f(4jQ0I
1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987 dk g+_V!
1 GLM 1.582541321 69.489424800 [~;wC W,1
2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR W!TT fj
3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000 ) 5Cqyp~P
3 GLM 1.862101561 32.759137271 Cn.dv -
4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR '8 I=Tn
5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017 H D,6
5 CC 15.35107422 b0tbS[j
5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 Qb;]4[3
5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 j T;'T$
5 CTE 0.650000E-05 j9cB<atL
5 GTB U 'AD-5503 ' ONc#d'-L
5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 rAgp c p}
5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 PC%_^BDW
5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 # X6=`Xe#
5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 j}8^gz]
5 PLASTIC /N@NT/.M<
6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR [u-=<hnoa
6 CC -1.63833609 E#kH>q@K`$
6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00 GW]t~EL
6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 P+3
]g{2w
6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 hG}/o&}U
6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 GW9,%}l^;
7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860 ~\%H0.P6
7 CC -3.18613168 dE (d'*+a
7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 kC'm |Y@T
7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 "{jVs ih0
7 CTE 0.600000E-04 Af^ 9WJ
7 GTB U 'ZEON480R ' =
@FT$GQ
7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 +ERuZc$3,
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 O [=W%2I!i
7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 eE{
2{C
7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 q z!^<
M
7 PLASTIC 26j-1c!NGd
8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR [c99m:*+
8 CC -0.98132904 g~OG ~g@
8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00 #4Cf-$J
8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _G)x\K]N
8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 aCBq}Xcn
8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 zEe ix,IU
9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000 . ;D'
9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195 w *o _s
9 CC -5.54999790 ;!m_RQPFF
9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 TQ5kT ?/{
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 e"2x!(&n(
9 CTE 0.600000E-04 Rr\fw'
9 GTB U 'ZEON480R ' [,|4% Y
9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 eBe5H
=I@
9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 CTc#*LJx>j
9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Ge76/T%{Q
9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 S @)P#
9 PLASTIC W#9LK
J j
10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR ?;go5f+X
10 CC 0.92206943 Btc[
10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ;ZZmX]kz,M
10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 @9MrTP
10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2{L[D9c/6
10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 k:1|Z+CJ
11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000 qPCI@5n3T?
11 CC -0.42284721 QO| jdlg
11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 ,9 .NMFn
11 CTE 0.720000E-04 L!2Ef4,wAz
11 GTB U 'OKP4 ' 1qwJPM
11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 mpl^ LF[
11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ` h1>rP
11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Ude)$PAe %
11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 '_xa>T}
11 PLASTIC #YLI"/Kn
12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR ;{g>Z|
12 CC -21.87743665 l{_1`rC'
12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 OEHw%
12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $tebNi P
12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 (DTkK5/%
12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 6Kd,( DI
13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908 Uql7s:!,U
13 CC -2.93101390 0O?!fd n
13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 e\]CZ5hs3
13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 E~,Wpl}
13 CTE 0.600000E-04 jt&rOPL7
13 GTB U 'ZEON480R ' /6p7 k
13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 8#a2 kR<b
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 QWK \6
13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 V j_z"t7q
13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Oxh . &
13 PLASTIC 2iWxx:e
14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR A#w*r-P
14 CC 16.95417460 >zv}59M
14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 =]sM,E,n
14 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 /f,*|
14 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 X(K5>L >
14 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0 oHnam
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR rcj j(
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另一种广角镜头： \H.1I=<
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。 4m/L5W:K
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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 EeS VY
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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。 },t n
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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。 N >+ L?C
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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。 9vz "rH V
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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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