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。 rXX>I;`&
/;Tc]
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： g8%O^)d=>
|0y#} |/
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。 -y+>^45
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： P# ~B @d
?W' p&(;
[attachment=120125] "S %t\
: -k|jt
i
U$ ~H
镜头文件： Fr8GGN~/
RLE b]+F/@h~]
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 'kZ,: .v
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 }6c>BU}DF
APS 5 J/?Nf2L4
UNITS MM Bvn3:+(47
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 \ j >7x
=#b@7Yw:
0 AIR @0?!bua_|
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR C8}:z\A_@Z
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 $E\|\g
1 GLM 1.50000000 55.00000000 RwWg:4
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR @Iv;y*y
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 >d 2Fa4u3
3 GLM 1.50000000 55.00000000 @LKQ-<dZG
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR smQ^(S^
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR Nz,yd%ua
END :o' XE|N
6Dq4Q|C
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 kz" uTJK
N6 U d(8*
CORE 16 KQdIG9O+6
DSEARCH 2 QUIET fGo4&( U
USE CURRENT 5 ALL / 8cRPB.
W7i|uTM
GOALS Tu#< {'1$
ELEMENTS 5 4>hHUz[ _
FNUM 2 1 ]k0
jmE
BACK 10 SET cj/` m$
STOP MIDDLE | p11 Jt[
STOP FREE }rTH<! j
ASPH Q e3?=1ZB
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ETe4I`d{
FOV .2 .4 .6 .8 1 k9^Hmhjw
DELAY OFF ff"wg\O4
NGRID 6 A =Wg0eYy\
SNAP 10 "s*-dZO
PLASTIC 5 7 9 11 13 ^:eZpQ [,
!QUICK 30 40 -4a9 BE".
ANNEAL 50 10 Q WSkGVQu
NPASS 50 _u`YjzK
END O !L`0
=%c
SPECIAL AANT '|C3t! H`
ACC 10 1 1 kI{DxuTad
ACA 70 1 10 tZrc4$D-
LUL 90 .1 1 A TOTL rz?Cn
X.t
END kI\m0];KnQ
GO J 3K = z
o`?rj!\
S&o p|Z)1
l\HdB"nT
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。 T(4d5 fY
a^|DD#5
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。 (!os &/",
-EjXVn! vQ
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 \{,TpK.
H" P b)t
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。 g g;r;3u
!d* [QD8
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： GXNf@&
] $ew 5%
[attachment=120126] ;t`
?|
A KNx~!%2
90}{4&C.^
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 K~x,s o
8!g
`bC#%
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。 )&DAbB!O
l.[pnL D
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。 i%glQT
[&Xp]:M'D
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 <P9fNB Ga
APS -9 (}"D x3K
CSTOP $6QIYF""
WAP 2 <_tmkLeZf
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。 ntiS7g e1
Hh<H~s [
[attachment=120127] r );R/)&
d1/emwH
+)Te)^&v%
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。 \ /-c)
?I.9?cQXZ
[attachment=120128] e jRK-!
^\)a[OW p
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。 bIKg>U'5d
y>{: [L9*
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。 0oe<=L]F
]AP1+
&9fN
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） b ^Hr zn
[;E%o^/^
[attachment=120129] ~m%[d.
}e
[attachment=120130] yTaMlT|
N,ht< l\
l }{{7~C`
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。 We+rFk1ddt
e 4X
df>B
[attachment=120131] h@)U,&
[attachment=120132] vccWe7rh
I8*VM3
!Jg;%%E3:i
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。 l,wlxh$}(
RLE N gNGq\!
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4 ^ Fk;t
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 T& U}}iWN
FNAME 'DSEARCH004.RLE ' Wj{lb_Rj
MERIT 0.617523E-03 pA7-B>Y
LOG 4 H$6RDMU
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 -K"'F`;W
APS -9 ^ 5 >e
CSTOP 5<?Ah+1
WAP 2 4Z)4WGp!
UNITS MM k(Yz2
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887 '1 <Z"InU
0SpB 2>_
0 AIR &\zYbGU
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR 3CUQQ_
1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987 ~% hdy @
1 GLM 1.582541321 69.489424800 %cN N<x8
2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR ~cz} C("Z
3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000 [hJ 1]RW8
3 GLM 1.862101561 32.759137271 s8j |>R|k
4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR ;qx#]Z0 <
5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017 Rq4; {a/j
5 CC 15.35107422 MB}nn&u#
5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 Q
G) s
5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 1- RY5R}VR
5 CTE 0.650000E-05 `RTxc
5 GTB U 'AD-5503 ' Wzq
W1<*`
5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 $ m`Dyu
5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 +sNS
5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 >OG189O
5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 X<ex
>sM
5 PLASTIC 2j\_sv w'
6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR g` EZLDjt
6 CC -1.63833609 UG 1<Xfu|
6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00 aRd~T6I
6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 / "m s
6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 eSPS3|YYn
6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 qLR;:$]Q&8
7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860 x 0 7 =
7 CC -3.18613168 " +DA)K
7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 K5>3
7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 AXw qN:P}
7 CTE 0.600000E-04 X)g
X9DA
7 GTB U 'ZEON480R ' " <bjS
7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 h'ik3mLH
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 "2e3 <:$
7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 o)Q4+njT@
7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 b1xE;0uR
7 PLASTIC 4+olyBht
8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR Z;+,hR ((
8 CC -0.98132904 N'1I6e "
8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00 g |)>65v
8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Quth5
8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3}L3n*Ft#.
8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ];.5 *a%*
9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000 g4W$MI
9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195 -]%EX :bm
9 CC -5.54999790 k| fM9E
9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 u5CSx'h]
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 hB?#b`i ^
9 CTE 0.600000E-04 <I,4Kc!
9 GTB U 'ZEON480R ' ?Ld),A/c
9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 @`.4 "*@M
9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #v
c+;`X
9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 QW..=}pL
9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ,7nu;fOT[
9 PLASTIC ,~L*N*ML
10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR /fQcrd7h
10 CC 0.92206943 -J]?M
10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 o HK
10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 y)r`<B
10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <XL%*
10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 o sc8;B/
11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000 tmGh JZ2j
11 CC -0.42284721 /.:1Da
11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 XRaGV~
11 CTE 0.720000E-04 c<13 r=+
11 GTB U 'OKP4 ' Yjg$o:M
11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 R;"$ PH D
11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 h(WlJCln
11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 e`Yj}i*bx]
11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 (~|)Gmq2
11 PLASTIC ^;II@n
i
12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR j ,rc9
12 CC -21.87743665 oy[s])Tg
12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 (U\o0LI
12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 n3e,vP? R
12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 lG6&uMvo
12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 pII p61=$
13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908 AB
$N`+&
13 CC -2.93101390 8hV]t'/;
13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 U/c+j{= ~
13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 d 6Y9D=O
13 CTE 0.600000E-04 b'( AVA
13 GTB U 'ZEON480R ' 2tU3p<[
13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ~U+<JC Z
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ErN[maix#
13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 =u0=)\0@r
13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 hGFi|9/-u
13 PLASTIC U["<f`z4\
14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR mq{Z
Q'
14 CC 16.95417460 $7X;FmlG&
14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 H:b"Vd"x9
14 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 yXkQ
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14 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 (,"%fc7<i
14 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 qX&+
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR 6cg,L:j#
END x~'_;>]r_
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另一种广角镜头： H2 8-;>'`
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。 yO-2.2 h
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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 ks$5$,^T2o
[attachment=120133] tzl,r "k3
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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。 Eoz/]b
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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。 kFJ]F |^7
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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。 va~:Ivl-)
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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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