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。 QUvSeNSp
z\8s |!
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： ]SPuNBsy)
P6ktA-Hv>
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。 (3! 6nQj-t
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： ;~d$O M
B>=D$*_
[attachment=120125] Sj|tR[SAoD
5/h-H r
.oTS7rYw
镜头文件： OW@) 6
RLE ) )FLM^dj
ID WIDE-ANGLE DESEARCH ~OvbMWu
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 l`A&LQ[
APS 5 =2QP7W3mg<
UNITS MM ;bg]H >$U7
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 r7R.dD /.
dPf7o
0 AIR mv~?1aIKD
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR ONDO
xXs
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 .j^BW r
1 GLM 1.50000000 55.00000000 =mPe
wx'
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR 6~2upy~e
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 fc<y( uX
3 GLM 1.50000000 55.00000000 J` gG`?
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR K{`R`SXD
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ='4)E6ea?
END .QZjJ9pvK
chKEGosbF
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。 #>,E"-]f
*x]*%
CORE 16 qq<T~^
DSEARCH 2 QUIET X /vyb^:U
USE CURRENT 5 ALL @|wU
@by{
1 y wdcg
GOALS !!V1#?0jw
ELEMENTS 5 r<:d+5"
FNUM 2 1 =H;'.!77Hx
BACK 10 SET ;s3\Z^h4kd
STOP MIDDLE I=< Qpd4
STOP FREE vyJ8"
#]qY
ASPH Q ">3t+A
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 |&W4Dk n
FOV .2 .4 .6 .8 1 } eHxw+.
DELAY OFF "M[&4'OM
NGRID 6 L97 ~m a
SNAP 10 D& o\q68 W
PLASTIC 5 7 9 11 13 d4^x,hzV
!QUICK 30 40 8]b;l; W5
ANNEAL 50 10 Q GK1nGdT]
NPASS 50 (Sgsy^|N
END vazA@|^8
SPECIAL AANT esBv,b?*
ACC 10 1 1 8OV =;aM?{
ACA 70 1 10 4 uMMf
LUL 90 .1 1 A TOTL ob2_=hQnC
END Y%0rji
GO {J,"iJKop
jn ztCNaX
&oHr]=xA
32SkxcfrCK
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。 M /9[P*
VE
mTWd+mx
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。 {6RA~
!z4I-a
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 >bQOpGy}l
lZ[J1:%
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。 ~?fl8RF\
h4 9q(085V
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： ^9 LoxU-
cNmAr8^}
[attachment=120126] 6Y,& q| K
%k['<BYG<
O#18a, o @
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 +}?%w|8||s
(GL'm[V
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。 ![r)KE=v8I
y }R2ZO
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。 !^98o:"x
Vjt7X"_/
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 l emV&$WN|
APS -9 " j?x gV
CSTOP ILH[q>
WAP 2 Vq`/]&
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。 _Rx nB?
~J+
qIZge
[attachment=120127] G;u~H<
C6a-
DBcR1c&<H
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。 XP}5i!}}7=
dz/fSA
[attachment=120128] >yT1oD0+x
SnXM`v,
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。 Gsy>"T{CY
SIR2 Kc0
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。 ~' 0n
]Fw
z(^dwMw}
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） " a'I^B/
SC2LY
[attachment=120129] Viw,YkC
[attachment=120130] Ti0kfjhX7
Op~:z<z
N2[j By8M
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。 c?c\6*O
V/"RCqY4
[attachment=120131] eX"E cl{
[attachment=120132] V?x&\< ;,
<[}zw!z
7p':a)
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。 's a)_?Hy
RLE x$ TL j
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4 Sw-2vnSdM
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 dJ])`S
FNAME 'DSEARCH004.RLE ' }{:} K<
MERIT 0.617523E-03 CW8YNJ'
LOG 4 #> lbpw
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 m
zoH$@
APS -9 4[; }/-
CSTOP )AdwA+ -x
WAP 2 fQ!W)>mi
UNITS MM X g_l4!T_l
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887 +cmi?~KS*
N!dBF t"
0 AIR E2cZk6~m{
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR D5bi)@G7z
1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987 `VGw5o
1 GLM 1.582541321 69.489424800 BLqK5~
2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR iRG6Cw2
3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000 tK *y/S
3 GLM 1.862101561 32.759137271 P()W\+",n
4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR y,n.(?!*
5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017 y ,`0f|
5 CC 15.35107422 E
U RK zJk
5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 $;=?[Cn
5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 xmC5uT6L3M
5 CTE 0.650000E-05 w7pX]<?R"
5 GTB U 'AD-5503 ' Ujvm|ml
5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ]S9Z 5l0
5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 j%] sym
5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 wEI?
9
5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 FdEUZ[IT`{
5 PLASTIC Q\xDAOEL
6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR
;Q/1l=Bn
6 CC -1.63833609 Rx&.,gzj[
6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00 N;!!*3a9=
6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 W[Z[o+ 7pK
6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *nHMQ/uf
6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 k_?OEkgUh
7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860 \{a5]G(4s
7 CC -3.18613168 }>621L3 -
7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 !a!4^zqp
7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 tr/.pw6
7 CTE 0.600000E-04 -*T0Cl.
7 GTB U 'ZEON480R ' Rm$( X5x>o
7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ]{+Y!tD
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
eIlovq/X
7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 q?]KZ_a
7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 r6aIW8
7 PLASTIC L
9cXgd
8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR 6jm/y@|F!
8 CC -0.98132904 Z }>;@c
8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00 w&VDe( :~
8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 >X"\+7bw
8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |_+l D|'
8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 >T0`( #Lm
9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000 N0\<B-8+,>
9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195 4N7|LxNNl_
9 CC -5.54999790 Vl< 7>
9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 {KEmGHC4R
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 =kK%,Mr
9 CTE 0.600000E-04 pbWjTI $
9 GTB U 'ZEON480R ' ty%,T.@e
9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 UFj!7gX ]
9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ]\}MSo3
9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 UYW'pV
9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Au (o Ks<
9 PLASTIC "K+EZ%~<
10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR H<?s[MH[
10 CC 0.92206943 MTNC{:Q
10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 #@1(
10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 u'D pZ
10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _nX8f
&
10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 V(io!8,
11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000 x1E;dbOZ
11 CC -0.42284721 m] -cRf)9
11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 %yl17:h#
11 CTE 0.720000E-04 M&Ln'BC
11 GTB U 'OKP4 ' +. |RH
11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 /?z3*x
11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 WlGT&m&2
11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 YGc:84S
11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 88?O4)c
11 PLASTIC
cJTwgm?
12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR ]0|A\bE\S
12 CC -21.87743665 ),xD5~_=q
12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 -g|ji.
12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 fYh <S
12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 x5/&,&m`%
12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ?gjx7TQ ?
13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908 M,bs`amz
13 CC -2.93101390 $P%cdJ T0
13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 E'SDT*EI
13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 WNQ<XB qAw
13 CTE 0.600000E-04 gA@Zx%0j
13 GTB U 'ZEON480R ' G\V*j$}!
13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 HXZ,"S
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 * >8EMq\^
13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 B_b5&M@
13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 &CN(PZv
13 PLASTIC {0-rnSjC
14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR m&'!^{av
14 CC 16.95417460 1Ax;|.KQH
14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 GC fVH?Vx
14 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 /m 7 ~-~$V
14 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8~TKiR5
14 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 |')PQ
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR gxAy{
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END X:g#& e_
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另一种广角镜头： ae]6F_Qtc*
在本章的第一部分中，我们观察到，超过90度的输入角需要一个定制的前端，其目的是将主射线的角度减小到一个更易于控制的值，以便光线能够通过。但如果这个领域的角度小于90度，工作就简单多了。 4udj"-V
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点击打开 C45M2，我们使用 DSEARCH 本身，没有添加前端，并指定广角校正参数(WAC)为50度，此镜头的最大视场角为86度而不是92.4度 ;/JXn
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本例中，搜索统计显示，待分析的128例中，共有59例由于光线追迹失败而跳过。如果在不带WAC参数的情况下运行这个宏，程序将跳过128种情况中的125种。不要跳过用例总是一个好主意，因为有希望的配置可能会被错过。当你用 DSEARCH 搜索最佳镜头设计时，WAC参数是你可以尝试的另一个参数。 ZKpJ c'h
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镜头仍然需要额外的工作，正如之前所做的，但重点是，有了这个稍微减少的视场角，工作更简单，不需要像我们上面做的那样对前端元素进行初步的计算。 1KBGML-K3
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在本练习中我们没有使用曲率或厚度求解，因为超广角镜头的常见问题是试图避免光线追迹失败。虽然使用解在数学上具有完美的意义，但它们可能会导致这种镜头出现问题。 此外，在设计基本完成之前，我们没有使用真正的光瞳。 真实光瞳搜索功能是强大的但不可靠，并且利用这种大角度光线和非球面系数，很容易没有解。所有这些都可以通过使用无瞳设计来避免，直到设计形状良好后再确定光瞳。 4neO$^i8J
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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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