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。 (T>?8 K _d
v!pj v%
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： Wx']tFn"
NB!'u)
lFD
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。 Rye ~w6
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： rL!_&|
Mp^OL7p^^
[attachment=120125] Zq\ RNZ}
EPE!V>
cuV8# :
i
镜头文件： lRa
3v Ng
RLE p]1yd;Jt
ID WIDE-ANGLE DESEARCH ok K/i
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 +q`r z
APS 5 o+"0. B
UNITS MM y(bt56 |
z
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 ${E[pT
KG4#BY&^
0 AIR =ELDJt
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR n!l./ >N
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 ^hl]s?"3
1 GLM 1.50000000 55.00000000 tn:/pP ap
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR s{1Deek=
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 p ,[XT`q^
3 GLM 1.50000000 55.00000000 6 h0 U
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 9QX ~a X
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR zDvP7hl
END q5'yD;[hE
E.H,1 {
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 T~wZ
s>*Q
CORE 16 1{hoO<CJ
DSEARCH 2 QUIET 3x(MvW30Lg
USE CURRENT 5 ALL 23(E3:.
V.
bH$@ej
GOALS 7q2"b?|h
ELEMENTS 5 #2l vfR|
FNUM 2 1 kYI(<oTY~
BACK 10 SET wEHAkc)Q
STOP MIDDLE w.T=Lzp
STOP FREE V&4:nIS>z
ASPH Q (IWix){
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 }! Diai*C
FOV .2 .4 .6 .8 1 cyHak u+
DELAY OFF IioE<wS)
NGRID 6 qm'C^ X?
SNAP 10 jL7MmR#y5"
PLASTIC 5 7 9 11 13 bWQORjnd8
!QUICK 30 40 [oU+b(
ANNEAL 50 10 Q OFQi&/
NPASS 50 lM|WOmD
END YPff)0N h
SPECIAL AANT CSX $Pk*
ACC 10 1 1 \9|]
ACA 70 1 10 c~L6fvS
LUL 90 .1 1 A TOTL Dt~}9HrU
END ! [P(B0Ct/
GO xv#j 593
FbCZV3Y
yd2qf
,~j$rs`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。 6JFDRsX>)?
EYx2IJ
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。 U3 8wGSG
YqY6\ mo
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 kX ,FQG>
#G!Adj+p5
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。 t0V_ c' m
@Y&9S)xcE
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： H;t8(-F@'
^; V>}08
[attachment=120126] J_wz'eIb0
18/@:u{
7 6i
rb!-
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 im?XXsH'
HsgTHe
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。 F ;X q:e8
;&^"q{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。 QV
H'06 "{
mQA<t)1
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 ^n45N&916
APS -9 r4NT`&`g?
CSTOP g e
{4;,0=
WAP 2 hv:Z%D |S
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。 yxP ?O@(
K7O? {/
[attachment=120127] X.AOp
(&]15 FJ$1
Ah>krE0t
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。 qQ
DFg`
wCTR-pL^
[attachment=120128] 7 }1Kafs
^ $Io;*N4
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 7 fzyD
ihBl",l&Hq
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 _T N$c
Wm Vw>.]@~
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） +$= Wms-z
z3jz pmz
[attachment=120129] h7]]F{r5
[attachment=120130] o >A%}YU
MJ"Mn^:/
}NBJ T4R
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。 !6/I Kh`J
iM/0Yp-v'>
[attachment=120131] >T*g'954xF
[attachment=120132] 75}u
D
rH:X/i;D
O/^w!
:z'
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。 z%dlajY m:
RLE e(\S,@VN2
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4 taEMr> /
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 ;yER
V
FNAME 'DSEARCH004.RLE ' fh)`kZDk
MERIT 0.617523E-03 j p]geV54
LOG 4 z+D,:!yF
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 !>@V#I
APS -9 IIn\{*|mW
CSTOP ~ kJpB t7M
WAP 2 'C>S yU
UNITS MM 7%}3Ghc%
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887 WI!z92qq[
+}0*_VW
0 AIR :(p
rx
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR r= | |sZs
1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987 +2 o|#`)i
1 GLM 1.582541321 69.489424800 m.a1
2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR jTgh+j]AP
3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000 @Be: +01z
3 GLM 1.862101561 32.759137271 .*f4e3
4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR !skiD}zd1
5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017 Iw |[*Nu-
5 CC 15.35107422 2^ZPO4|
5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 Aq]'.J =4
5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 q<uLBaL_]r
5 CTE 0.650000E-05 7CMgvH)O
5 GTB U 'AD-5503 ' oNsx Fi:
5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 t8N9/DZ}Q
5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 p2vUt
5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 9k^=m)yS'
5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 gq1Y]t|4F
5 PLASTIC w&cyGd D5
6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR a&VJ YAB
6 CC -1.63833609 {-`OE
6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00 c] R![sa
6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Ru aJ9O
6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^JDV4>S\
6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 |+~2sbM
7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860 5o ^= ~
7 CC -3.18613168 #R~NR8( z
7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Df3v"iCq }
7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 2U+p@}cQUA
7 CTE 0.600000E-04 Y1+lk^
7 GTB U 'ZEON480R ' b}*bgx@<
7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 O~ 0
1)%
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 13kb~'+&r
7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 X(z-?6N4
7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 8J1.(Mw b?
7 PLASTIC ^!Jm/-
8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR }B/xQs Tx-
8 CC -0.98132904 aKtTx~$@
8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Ud*[2Oi|R
8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 OS Ip
8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 pdiZ"pe
8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 PW 4Wn`u
9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000 E8<i PTJs
9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195 oA@^N4PD
9 CC -5.54999790 6&0a?Xu
9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 /k"P4\P`+Q
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ;_&L^)~P$
9 CTE 0.600000E-04 yuX 0Y{:I
9 GTB U 'ZEON480R ' 'Pu;]sC
9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 p' } %pAY
9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 C8q-gP[
9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 FCJ(D!
9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 li P{Mu/LO
9 PLASTIC LXV6Ew5E
10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR (Z +C
10 CC 0.92206943 i UB ni&B
10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 gN QJ :!
10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 h8Si,W 3o
10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^
s4|
10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 9Wrcl ai
11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000 -h`0v
11 CC -0.42284721 )^sfEYoA
11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 x=N;>
11 CTE 0.720000E-04 9V\`{(R
11 GTB U 'OKP4 ' #
t
Ki6u
11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ^dD?riFAk
11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \0*L fVr;P
11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 e)"cm;BJ^P
11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 mIodD)?{
11 PLASTIC {'kL]qLg
12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR So`"z[5
12 CC -21.87743665 i( HhL&
12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 B=|sLs`I
12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 L 3@wdC ~0
12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3 2D/%dHC
12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 {p iS3xBi
13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908 a! ]%@A6p
13 CC -2.93101390 r+u\j Z
13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 7R JW
13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 -',Y; 0b%
13 CTE 0.600000E-04
j"s ( ?
13 GTB U 'ZEON480R ' (p!AX<=z
13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 7Y:s6 R|
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 9k&$bC +Q
13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Y;>'~V#R
13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 %C<eR_
13 PLASTIC 8w' 8n
14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR y l% F<5
14 CC 16.95417460 E@KK\m
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14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 m(Ynl=c
14 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^pa).B.`T
14 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 my6T@0R
14 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 H#E0S>Jw|
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR
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END 5H5Kt9DoW
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另一种广角镜头： 6:pN?|=6X
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。 q c F{Kex"
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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 yK^k*)2N
[attachment=120133] l1 S1CS
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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。 L6.R?4B
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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。 ~fe0 Ba4
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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。 ):@B1 yR
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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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