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。 OhCdBO
<@ ts[p.
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： > W-xDzJry
k# Ho7rS&
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。 p qpsa'
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： D3dh,&KO\
\M@IK E
[attachment=120125] PDA9.b<q0
[u K,.G
_ $@fCo0
镜头文件： JJWP te/
RLE 4vG-d)"M2
ID WIDE-ANGLE DESEARCH kjV>\e
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ]f &]E
~i
APS 5 e\[q3J
UNITS MM 5!Y \STn
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 dazML|1ow
9ETdO,L)f
0 AIR O]hUOc `k
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR ( EWGX |QA
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 O*?^a7Z)4
1 GLM 1.50000000 55.00000000 5p!{#r6m
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR `^8mGR>OpI
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 w2'z~\dG8
3 GLM 1.50000000 55.00000000 WK*tXc_[b
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR hkb\ GcOj
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR vW*Mf}=
END Vfy@?x=
&
13v`rK`7o
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。 t6KKfb
+<xQF
CORE 16 diM*jN#
DSEARCH 2 QUIET H9TeMY
USE CURRENT 5 ALL !] uB4
V(ww
F
GOALS v mk iw1
ELEMENTS 5 "OI $PLK
FNUM 2 1 2RNee@!JJP
BACK 10 SET 2oahQ:
}B
STOP MIDDLE UQh.o
STOP FREE e#mf{ 1&
ASPH Q ivl %%nY'
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 &4WA/'>R
FOV .2 .4 .6 .8 1 $X)|`$#pL#
DELAY OFF |#cqxr "
NGRID 6 P(8Yz W
SNAP 10 ~s'}_5;VY
PLASTIC 5 7 9 11 13 =*ErN
!QUICK 30 40 %{r3"Q=;W
ANNEAL 50 10 Q Hc\@{17
NPASS 50 B!quj!A
END a6z0p%sIZ
SPECIAL AANT !0zcS7&P
ACC 10 1 1 #M w70@6
ACA 70 1 10 I(BJ1 8F$
LUL 90 .1 1 A TOTL [W$Mn.5<s
END qlPIxd
GO r>bgCQ#-n
5D7 L) >
X}3?k<m
LHZsmUM(dg
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 V!]|u ^4I
6 A]a@,PC
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 Sb 2_&5
; t9_*)[
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 Px?"5g#+
>+i +_^]
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 }I}GA:~$%
X{!, j}
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： =m (u=|N3
rf+}J_
[attachment=120126] w0$+ v /
^5~x*=_
8kU(>' ^_:
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 =(TMcu$4`
n?O Mfx
现在需要进一步改进设计。运行 DSEARCH 产生的优化 MACro，镜头的性能变化很小。 [=cbzmX[
7W4m&+
现在必须检查视场的像质。 在 PAD 中，单击PAD工具栏中的“扫描”按钮，然后观察到靠近曲面9的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中，我们必须控制它。 dly -mPmP
u"hr4+/
由于我们改变了 YP0 的数量，目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果，但是现在我们必须把它放在那里。在 WS 编辑窗格中，我们输入 2,I]H'}^
APS -9 0VJH E~Bgi
CSTOP v?3xWXX,
WAP 2 ea$. +
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。 Z&H _+u3j
uIn I{>
[attachment=120127] mhU=^/X
;IPk+,hpmi
NzhWGr_x'
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。 5'{QMnfB
V{>;Z vj1R
[attachment=120128] HXdo:#xEO
^z qQ8{oV
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。 L5d
YTLY
~ LF M,@
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。 M!gu`@@}F
?AxB0d9z
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） O<>+l*bk
Jk|DWZ
[attachment=120129] A
-8]4p::
[attachment=120130] {uZ|Oog(p
Ax@7RJ||
4C:dkaDq]
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。 Ik5-ooZ&{
N@'l: N'f4
[attachment=120131] i[.7 8K-s
[attachment=120132] 1v3
X> yE<ni
_E-{*,7bZS
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。 gLo&~|=L-
RLE "<&o ;x<
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4 r}|)oG,=
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 NX;{L#lQ
FNAME 'DSEARCH004.RLE ' i6;rh -M?.
MERIT 0.617523E-03 v {1g`E
LOG 4 MD4 m h2
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 e+2lus,u6t
APS -9 :=q9ay
CSTOP 0&&P+adk
WAP 2 l.}gWN9-
UNITS MM ?"}U?m=
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887 wt_ae|hv
Qd ?S~3XT
0 AIR P6v@
Sn
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR Mj19;nc0I
1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987 FS?1O"_
1 GLM 1.582541321 69.489424800 R
iLqMSq
2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR %2G3+T8*x
3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000 C<^S$
3 GLM 1.862101561 32.759137271 &Dp&
4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR ]8cD, NS
5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017 D[YdPg@-
5 CC 15.35107422 ~g~`,:Qc
5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 bhZ5-wo4%
5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 q} g0-Da
5 CTE 0.650000E-05 vL "n oLs
5 GTB U 'AD-5503 ' =7 -k D3
5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 aH50 0
5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 73nmDZO|
5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 bX% 4[BKP
5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 k5)IB O
5 PLASTIC 3`"k1W
6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR EScy!p \*
6 CC -1.63833609 Jx4~ o{Z}c
6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00 1_n5:
6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 4tapQgj24
6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \/y&l\ k)
6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 8Tc:TaL
7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860 (i@(ZG]/
7 CC -3.18613168 ,fm{
krE
7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 w;Pe_m7\EO
7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 _xP@kN~
7 CTE 0.600000E-04 MF::At[4
7 GTB U 'ZEON480R ' I =K<%.
7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 lg jY\?
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 "1ZV uI
7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 JQ\o[ t
7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 _p+q)#.W
7 PLASTIC 2l8z/o 7v
8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR /-3)^R2H
8 CC -0.98132904 mx^rw*'JGC
8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00 QVN @B[9
8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 XToYtdt 2
8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _x7>d:C
8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 3 SOrM
9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000 [rhK2fr:i
9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195 p*Hf<)}
9 CC -5.54999790 bgmOX&`G
9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 C z4l
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 8 A #\V
9 CTE 0.600000E-04 As#/ln$nE
9 GTB U 'ZEON480R ' 8 GT{vW9
9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 4wwRNu*
9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 n yd'79~>G
9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <UJ5n) }"\
9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 `&A-m8X
9 PLASTIC T:udw
10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR :Us NiR=l
10 CC 0.92206943 NVo = 5
10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Uw>g^[V;
10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 qI gb;=V
10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }9&~+Q2
10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 _57 68G`P
11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000 X]%n#\t,]
11 CC -0.42284721 > bSQ}kXe
11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 !iGZo2LV
11 CTE 0.720000E-04 q?Mmk h)g
11 GTB U 'OKP4 ' zDA;FKZPp
11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 xV5eKV
11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ("@ih]zYf
11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 e%&/K7I "?
11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 l'(7p`?
11 PLASTIC Z <tJ+
12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR e_CgZ
12 CC -21.87743665 E.rfS$<1
12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Ha/-v?E
12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 SNf*2~uq)
12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Tk0Senq,
12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 kA<58 ,!
13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908 Ps7Bt(/
13 CC -2.93101390 L [ 7Aa"R
13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 W- @}q}A
13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 rM(2RI4O`0
13 CTE 0.600000E-04 k:kx=K5=4
13 GTB U 'ZEON480R ' #s^~'2^%4
13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 `zOQ*Y&
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 c27A)`
13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 q:ZF6o`Z83
13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 2= xjg K
13 PLASTIC Qa=v }d-O
14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR >`c-Fqk
14 CC 16.95417460 '0>w_ge4
14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 `G^MTDp?L+
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另一种广角镜头： Mk@%Wuxg2
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。 w#M66=je_
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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 op|/_I$
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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。 I H1
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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。 "]C$"J R
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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。 eE/E#W8
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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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