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。 k<a ;[_S
3jjMY
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： 0RUi\X4HI
vw2`:]Q+
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。 ' +j<n[JLC
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： !/`$AXO
? B@&#E!/f
[attachment=120125] MJ `N,E[
UXT
p
n]Zk;%yL
镜头文件： e,>%Z@92(
RLE k.<3HU
ID WIDE-ANGLE DESEARCH + WVIZZ8
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 "- 31'R-
APS 5 -w1@!Sdd
UNITS MM mpgO s
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 +Y}V3(w9X
; }qhc l+
0 AIR G O{ . 9_2
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR nd ink$
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 ~. YWV
1 GLM 1.50000000 55.00000000 5;\gJf
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR [U>@ ,BH
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 `0ZZ/]
!L
3 GLM 1.50000000 55.00000000 mMSh2B
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR *)<B0SjT
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR \8S ~c8Z~
END % <"}y $J
ZE?f!ifp
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。 Fk "Ee&H)(
4[yIOs
CORE 16 *>NX%by)
DSEARCH 2 QUIET Ej=3/RBsV
USE CURRENT 5 ALL VA] e
.1yT*+`
GOALS 6KHN& P
ELEMENTS 5 `Out(Hn
FNUM 2 1 3*ixlO:qGk
BACK 10 SET QSw<%pcJE@
STOP MIDDLE 0* ; O?T
STOP FREE b| M3 `
ASPH Q
mO*^ 1
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ~Y P Jez
FOV .2 .4 .6 .8 1 < IJu7t>
DELAY OFF : i~W
} r
NGRID 6 {2&m`D bm
SNAP 10 yNg9 X (U
PLASTIC 5 7 9 11 13 59r_#(uo
!QUICK 30 40 g7\,{Bw#E
ANNEAL 50 10 Q ^T5X)Nu{=C
NPASS 50 ~]HN9R^&
END yWDTjY/
SPECIAL AANT JL=U,Mr6
ACC 10 1 1 m2~&# c\
ACA 70 1 10 Yd
Ept AI
LUL 90 .1 1 A TOTL Rk6deI]
END ,L pix nm]
GO m)v''`9LU
1'.7_EQ4T
t_z,>,BqJ
F&RgT1*
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。 n DS}^Ba
XV3 C`:b
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。 *NFg;<:j
'e) ^m}:?D
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 rxn Frx
kIHDeo%K}
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。 Y;4!i?el
bmgn cwlz
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： vhbDb )J
te|? )j
[attachment=120126] gr-9l0u
W%<LTWOc
+4;uF]T
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 ; Uc0o!1
KWAb-yB
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。 Kt@M)#
$rIoHxh. y
现在必须检查视场的像质。 在 PAD 中，单击PAD工具栏中的“扫描”按钮，然后观察到靠近曲面9的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中，我们必须控制它。 [.se|]t7X
]aP= K s%
由于我们改变了 YP0 的数量，目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果，但是现在我们必须把它放在那里。在 WS 编辑窗格中，我们输入 K 0gI) :
APS -9 PyVC}dUAX
CSTOP SIO&rrT.
WAP 2 Y8M ] L wj
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 'c2W}$q
**9x ?s
[attachment=120127] :NJ_n6E
dQoYCS}IaV
,.eWQK~
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。 <,o>Wx*1C
0 a8/B>
[attachment=120128] rX_@Ihv'
T134ZXqqz
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。 8 fA_p}wp
8n1'x;
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。 f}g\D#`]/
+uay(3m((
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） Uc/+gz
Z;
4tL< q_
[attachment=120129] _zlqtO
[attachment=120130] HeBcT^a
Qt _dEl
hxce\OuU0h
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。 mF` B#
(c0A.L)
[attachment=120131] W3`>8v1?o
[attachment=120132] a ]Lp?
y#}cC+;
),%6V5a+E
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。 U(~+o
RLE LYlDc;<A
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4 \fr-<5w7 9
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 jzU .B u.
FNAME 'DSEARCH004.RLE ' Y*mbjyt[?X
MERIT 0.617523E-03 (sVi\R
LOG 4 LC1 (Xb f
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 E =){K
APS -9 lu Q~YjH
CSTOP ~]ZpA-*@Ut
WAP 2 wAnb
Di{W
UNITS MM =8U&[F
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887 Da"j E
}fp-5
0 AIR ^e W}XRI
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR B"%{i-v>**
1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987 qzb<J=FAU
1 GLM 1.582541321 69.489424800 @&[T _l
2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR /x3/Ubmz~x
3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000 q^6 +!&"
3 GLM 1.862101561 32.759137271 L(X6-M:
4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR |_u aS
5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017 'Ei;^Y 1e
5 CC 15.35107422 S_~z-`;h!
5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 LM2TZ
5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 .*elggM
5 CTE 0.650000E-05 ?yh}/T\qp
5 GTB U 'AD-5503 ' *Q1~ S]g
5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 aL\nT XakX
5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0OGC ilOb*
5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;NNe!}C
5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 #A]-ax?Qc}
5 PLASTIC fxgr`nC
6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR 7Pa@1']
6 CC -1.63833609
zxp`
6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00 *OQG 4aWy
6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 LzYO$Ir:g
6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *5xJv
6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 +f[ED4E>'(
7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860 k__$ Q9qj(
7 CC -3.18613168 F{ELSKcp.
7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 S4=R^];l
7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 .L~Nq%g1
7 CTE 0.600000E-04 E= `6-H{
7 GTB U 'ZEON480R ' W\18 {mbuy
7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 JMTvSXr
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 O@YTAT&d#
7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 fHZTXvxoL
7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 cHa]xmy%r'
7 PLASTIC ;[a|9TPR
8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR }2ZsHM^]%
8 CC -0.98132904 *3D%<kVl
8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00 / Wf^hA
8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 UUMtyf
8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
eAqz3#_My
8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 zq%D/H6J,
9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000 Ux +Q
9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195 Y[ N^p#t{
9 CC -5.54999790 A4ISNM7R[
9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 d:F @a
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Pzb|t+"$
9 CTE 0.600000E-04 Rar"B*b;$
9 GTB U 'ZEON480R ' ; *,f<
9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 pAk/Qxl3eo
9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 JH8zF{?
9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 fK(}Ce
9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 n#i wb0-
9 PLASTIC ~(]0k.\
10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR hI( SOsKs
10 CC 0.92206943 &hk-1y9QS
10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 F-*2LMe
10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 WQHd[2Z#e
10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |`jjHuQ;
10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 2./ 3 \n2
11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000 !\ g+8>
11 CC -0.42284721 xai4pF-?
11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 M|] "W
11 CTE 0.720000E-04 bb
d.
11 GTB U 'OKP4 ' Jnv@.
11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 >fIk;6<{
11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5pn)yk~
11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;m2<eS`o'
11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 V= 1Bo ~
11 PLASTIC E Kp@9\XBC
12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR ooV*I|wcI
12 CC -21.87743665 qL94SW;
12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Ldn8
12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~i.k$XGA
12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $t/x;< .H
12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ?@n/v
F
13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908 Q# EP|
13 CC -2.93101390 r `eU~7
13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 pNRk. m]
13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 |{@FMxn|q
13 CTE 0.600000E-04 n k2om$nN
13 GTB U 'ZEON480R ' CX m+)a-L
13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 CpQN,-4
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <?D\+khlq
13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 qn,O40/]
13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 MJ =)v]a
13 PLASTIC Zec <m8~
14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR 46k?b|Q
14 CC 16.95417460 d9n?v)<v
14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 'L{8@gq i
14 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Vn~UB#]'3
14 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 b2@VxdFN
14 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 nW|wY.
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR VS&TA>
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K|oacOF9
另一种广角镜头： eu|j=mB
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。 |!F5.%PY
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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 X<R?uI?L
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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。 kap C%/6"
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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。 fQP {|+4
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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。 ezn ypY=
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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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