| 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。 $E.I84UfX B^9j@3Ux
 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: uGlUc<B\*
 y'*K|aTG
 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。 Tnm.A?
 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: 83q6Sv
 #;nYg?d=
 
 [attachment=120125] yz8jw:d^-  
  o"#\
>  92KRb;c
 镜头文件: G'A R`"F
 RLE wAW5
Z0D
 ID WIDE-ANGLE DESEARCH LFtt	gY
 WAVL .6562700 .5875600 .4861300 7Jho}5J
 APS               5 D}X\Ca"h
 UNITS MM Dm<A
^u8
 OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 sLAQE64\"
 'q:`?	nJ^
 0 AIR y
h9*z3
 0    CV  1.0000000000000E-09 AIR @I!0-OjL
 1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 B&uz;L3
 1    GLM      1.50000000             55.00000000 S|`o]?nc>
 2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR e**qF=HCw
 3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 "LTad`]<Ro
 3    GLM      1.50000000             55.00000000 &KRX[2
 4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR     /s}}&u/
 5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR 65Yv4pNL
 END Q$@I"V&G.
 yaH
 Zt`Y
 光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 ;;N9>M?b
 NHZz	_a=
 CORE 16 ikiypWq
 DSEARCH 2 QUIET Y`SvMkP)+
 USE CURRENT 5 ALL _zi|
 wDe& 1(T^
 GOALS pg)WKbV
 ELEMENTS 5 G*P#]eO
 FNUM 2 1 81
sG
 BACK 10 SET '$%l7
 STOP MIDDLE wi6
~}~%
 STOP FREE iqQD{SRt{
 ASPH Q 
wcY?rE9
 ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 +!.^zp21
 FOV .2 .4 .6 .8 1 ( 0_2sfS
 DELAY OFF y/ef>ZZ
 NGRID 6 O[JL+g4
 SNAP 10 I(BQ34q
 PLASTIC 5 7 9 11 13 4u})+2W
 !QUICK 30 40 {[?(9u7R
 ANNEAL 50 10 Q n]o<S+z
 NPASS 50 L>4"(
 END 68WO~*
 SPECIAL AANT vuY~_
 ACC 10 1 1 .jjG(L
 ACA 70 1 10 6zuTQ^pz
 LUL 90 .1 1 A TOTL H*'IK'O
 END %2V? ,zY@
 GO [j/9neaye
 hy"\RW
 9Y_HyOZ*GX
 K/yxE|w<
 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。 :(*V?WI
 )cMh0SGcM1
 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。 _TQj~W<
 XYOC_.f1
 请注意,在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 68C%B9.b'
 Ig0VW)@
 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。 z/2//mM
 -ifFbT+x
 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: ra
g Xn
 mLLDE;7|}
 
 [attachment=120126] 8\A#CQ5b  
  sLT3Y}IO  B!L{
 DSEARCH 发现了10种最佳设计,其中大多数非常好。 !Pfr,a
 q Y?j#fzi
 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。 4yr'W8X_
 w;:*P
 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。 j[J-f@F	\Y
 i#Bf"W{F
 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 (m(JK^
 APS -9  ">,|V-H
 CSTOP XnMvKPerv'
 WAP 2 ~[nSXnPO
 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。 yEoF4bt
 LxSpctiNx
 
 [attachment=120127] ,Np0wg0  
  l'E*=Rn  W/bQd)Jvk
 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。 :zke	%Yx
 4-y:/8
 
 [attachment=120128] aa/(N7  A>;bHf@
 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。 u$Jz~:=,
 }I6veagK
 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。 t:
;Pj9
 x,@B(9No
 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) Ma']?Rb`
 ;~ $'2f~U
 
 [attachment=120129] s.QwSbw-g  
 [attachment=120130]  @&3EJ1  
  i0kak`x0  }"P|`"WW
 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。 &4x}ppX
 #3@rS
 
 [attachment=120131] 	eFTpnG  
 [attachment=120132] 5o'FS{6U  
  '/n1IM$7  gpvYb7Of0
 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。 r|fL&dtr
 RLE (Ag16
 ID WIDE-ANGLE DESEARCH                       4 }1c|gQ
 ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12                            0oZ=
yh
 FNAME 'DSEARCH004.RLE                                    ' lH x^D;m6
 MERIT   0.617523E-03 $m{:C;UH
 LOG        4 uLL]A>vR
 WAVL .6562700 .5875600 .4861300 n&;85IF1
 APS              -9 0$)>D==
 CSTOP IS{wtuA.
 WAP                2 WwBOM~/`2
 UNITS MM   p{Yv3dNl
 OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -17.3394812 0 0 0.2887                          FaQe_;
 r4XK{KHn
 0 AIR Is)u }
 0 CV  1.0000000000000E-09 AIR 8:c-k|CX
 1 CV      0.0360722609606   TH      2.22538987 +\c5]`
 1 GLM      1.582541321             69.489424800 F|o:W75
 2 CV      0.1129035344111   TH      7.33905916 AIR ;4^Rx
 3 CV      0.0258877283000   TH      1.00000000 +>Qq(Y
 3 GLM      1.862101561             32.759137271 jrlVvzZ
 4 CV      0.1907815401493   TH      4.62505325 AIR rb2S7k0{
 5 RAD    -22.0769352833601   TH      8.06760017 QQ*hCyw!
 5 CC     15.35107422 hz;G$cuEE
 5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 J6s`'gFns
 5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 \FbvHr,
 5 CTE   0.650000E-05 u<6<iD3y
 5 GTB U    'AD-5503         ' uk<4+x,2)
 5 DC1  0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 jk;	clwyz/
 5 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 x=hiQ>BIO0
 5 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00  i&Tbz!
 5 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 |+FubYf?$
 5 PLASTIC HZzD VCU
 6 RAD     -6.3843807900976   TH      1.00000000 AIR 7a=gH2]&
 6 CC     -1.63833609 VgG0VM
 6 DC1  0.000000000E+00  1.393260648E-04 -8.694519770E-06  0.000000000E+00  0.000000000E+00 qPX~@^`9
 6 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 L
O_k@3
 6 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \=?a/
 6 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 w(*vj
 7 RAD     -7.9324248616851   TH     10.01456860 yYIf5S`V]
 7 CC     -3.18613168 pXT4)JDpc
 7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 2\A$6N;_
 7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 JgKO|VO
 7 CTE   0.600000E-04 -LoZs
ru
 7 GTB U    'ZEON480R        ' 	U3ADsdn
 7 DC1  0.000000000E+00  9.236235094E-04 -1.504353071E-05  0.000000000E+00  0.000000000E+00 uB]7G0g:
 7 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |C;=-|
 7 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 W+aP}rZm:
 7 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 ^e2VE_8L
 7 PLASTIC ^EtMxF@D
 8 RAD    -19.0181938596098   TH     16.68648421 AIR zH?!
 8 CC     -0.98132904 V%7WUq
 8 DC1  0.000000000E+00  7.229015854E-06 -3.530119818E-07  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Gv!2f
 8 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 EnKR%Ctw
 8 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 o lR?n(v
 8 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 x*/tyZg6
 9 CAO      1.68737382       0.00000000       0.00000000 b$d;Qx
 9 RAD      4.2463061617809   TH      1.50735195 5Md=-,'J!
 9 CC     -5.54999790 fIx+ILs
 9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 zsEc(
 9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 E<{R.r
 9 CTE   0.600000E-04 	AP n| \
 9 GTB U    'ZEON480R        ' p,5i)nEFj
 9 DC1  0.000000000E+00  4.513134509E-03 -1.189291744E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 )al]*[lY
 9 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 er("wtM
 9 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 mDA:nx%5<
 9 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 n$MO4s8)
 9 PLASTIC @wGPqg
 10 RAD     -8.0304051087170   TH      1.00000000 AIR LiC*@W
 10 CC      0.92206943 |IeTqEu9
 10 DC1  0.000000000E+00 -4.950375968E-03  1.189788976E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 \#2Z)Kz
 10 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 m4[ ;(1
 10 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 vONasD9At
 10 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 @N>\|!1CC
 11 RAD     -3.7613156285095   TH      1.00000000 CmP9Q2
 11 CC     -0.42284721 L4@K~8j7
 11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 a=|K%ii+Y
 11 CTE   0.720000E-04 L\6M^r
>
 11 GTB U    'OKP4            ' wjU9ZGM
 11 DC1  0.000000000E+00  1.180068221E-02  5.892483716E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 x77*c._3v
 11 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 m<<+
 11 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 QGMV}y
 11 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 euK5pA>L
 11 PLASTIC bbDZ#DK"
 12 RAD      5.2837613214415   TH      1.00000000 AIR fF!Yp iI"
 12 CC    -21.87743665 sf:,qD=z
 12 DC1  0.000000000E+00  7.571999432E-03  2.001801857E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 Q4#.X=.d
 12 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _>o:R$	%}
 12 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 z	4e7PW|
 12 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 vz@A;t
 13 RAD      2.2918318217542   TH      5.99479908 U45e2~1!O
 13 CC     -2.93101390 lB8-Z ow
 13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 J@/kIrx
 13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 $H2u.U<ip
 13 CTE   0.600000E-04 juP7P[d$qW
 13 GTB U    'ZEON480R        ' rP'me2
B
 13 DC1  0.000000000E+00  4.465123244E-03 -4.565059943E-04  0.000000000E+00  0.000000000E+00 H9Gh>u]}
 13 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 PF0_8,@U
 13 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 +N]J5Ve-`t
 13 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  /m!BY}4W
 13 PLASTIC H-!,yte
 14 RAD     -9.3294652456923   TH      1.00000000 AIR .y'>[
 14 CC     16.95417460 \:P>le'1
 14 DC1  0.000000000E+00 -8.733089016E-03  1.818419746E-03  0.000000000E+00  0.000000000E+00 8$]1M,$r
 14 DC2  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 O"+gQXe
 14 DC3  0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5p,RI&nlN
 14 DC4  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00  0.000000000E+00 XMCXQs&
 15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR w$>u	b@=
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 另一种广角镜头: Qry@
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 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。 
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 Q*GN`07@?d
 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
  Hkg2P,2  
 [attachment=120133]  iR	HQ:Y!  
  3h]g}&k  k<z)WNBf
 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。 \wmN
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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。 XjB W9a
 C;v.S5x
 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。 xnjf
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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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