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。 ?Y S 3)
M;OMsR CVO
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： '6> *J
<m1v+cnqo
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。 v 3XM-+Z4
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： GPL%8 YY
).(y#zJ7P
[attachment=120125] 1 ^= QIX
f38 e(Q];m
=Tl_~OR
镜头文件： ybJ wFZ80
RLE w7Y@wa!
ID WIDE-ANGLE DESEARCH fG$LqzyqlK
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ^i!6z 2/
APS 5 u-4@[*^T$
UNITS MM m9i/r K_
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 y5+%8#3
$8HiX 6r
0 AIR Yb/*2iWX
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR | Rhqi
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 P#XV_2
1 GLM 1.50000000 55.00000000 x(eX.>o\
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR
\( #"g
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 IVxZ.5:L$
3 GLM 1.50000000 55.00000000 l$EN7^%w
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR {)!>e
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR >X05f#c"v/
END zhFm2
T>L?\ -
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。 h3 XS t
^rP]B -)
CORE 16 *`Vm ncv3
DSEARCH 2 QUIET /9I/^i~
USE CURRENT 5 ALL \i%mokfbc
1hGj?L0m.
GOALS NM![WvtjW
ELEMENTS 5 6:Z8d%Z
FNUM 2 1 A!x &,<
BACK 10 SET Tsa]SN14
STOP MIDDLE sTlel&
STOP FREE u YT$$'S
ASPH Q bG@ 2f"
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 T:Klr=&V
FOV .2 .4 .6 .8 1 LjG^c>[:m
DELAY OFF N~mr@rXC
NGRID 6 {o)pwM"@(
SNAP 10 Q^rR } Ws
PLASTIC 5 7 9 11 13 V<H9KA
!QUICK 30 40 9iZio3m
ANNEAL 50 10 Q N6}/TbfAR
NPASS 50 + W*~=*h|
END `;; l {8
SPECIAL AANT P%(9 `A
ACC 10 1 1 }>0>OqvF
ACA 70 1 10 &gY) x{
LUL 90 .1 1 A TOTL <c p ck
END /]xa}{^B
GO cp ltTJFg
"yaxHd
NEri{ qxm
Wa<<"x$
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。 f;zNNx<
;
~,HFd`
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。 8a P/vToa
K\F0nToJ.
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 V<0iYi;4=
e;6 K xvX~
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。 JL= c IH8
Jd>~gA}l
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： w#9Kt W,tt
PWpt\g
[attachment=120126] .w.:o2L
=79R;|5
|0y#} |/
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 -y+>^45
]19VEH
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。 FR rp@hE
! = ,4tg`
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。 _]>1(8_N
N"ga -u
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 .9qK88fU R
APS -9 Fr8GGN~/
CSTOP St-uE |8
WAP 2 'kZ,: .v
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。 S }`sp[6
ump~)?_B
[attachment=120127] "n!yK
cqNK`3:.j
c0@8KW[,
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。 ~.m<`~u
#dA$k +3
[attachment=120128] HB/V4ki
~9dpB>+
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。 NXY jb(4:
8vY-bm,e
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。 A I P~A]T
l]R0r{{
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） ;<AcW.jx
Nz,yd%ua
[attachment=120129] :o' XE|N
[attachment=120130] 6Dq4Q|C
kz" uTJK
e<L @QNX
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。 KQdIG9O+6
V)`2 Kw
[attachment=120131] L[ G O6l
[attachment=120132] 0 M_oFx
zH8E,)
%a; #]d
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。 QU|_
r2LM
RLE y/lF1{}5
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4 ,fVD`RR(W?
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 wHc
my
FNAME 'DSEARCH004.RLE ' $cCC
1=dW
MERIT 0.617523E-03 M ?$[WS
LOG 4 ~U9K<_U
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 j i"g)d6
APS -9 Y`|+sND
CSTOP }htjT/Nm
WAP 2 QHEtG2
UNITS MM J!6FlcsZm
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887 ggr
k_al*iM>H
0 AIR 0+1wi4wy/
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR 6o 3
bq|
1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987
157_0
1 GLM 1.582541321 69.489424800 ~GaGDS\V
2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR n_8[bkbi
3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000 /0h
*(nL
3 GLM 1.862101561 32.759137271 /:&!o2&1H
4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR *Gbhk8}V'
5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017 -Mt
5< s
5 CC 15.35107422 7 |P
kc(O
5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 woYD &Oml
5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 U=on}W3V 2
5 CTE 0.650000E-05 aER|5!7(2\
5 GTB U 'AD-5503 ' ]T4/dk&|o^
5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 dhl[=Y `
Q
5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 lq/2Y4LE)
5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `2~>$Tr
5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 W .7rHa
5 PLASTIC XH:*J+$O
6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR E h%61/
6 CC -1.63833609 S2~cAhR|M
6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00 [|u^:&az
6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^rkKE
dd
6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 j]a$RC#
6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 TOYK'|lwM
7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860 WeI+|V$
7 CC -3.18613168 1SQ ATUV
7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 &J[a.:..
7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 #Ondhy%h[
7 CTE 0.600000E-04 E-MPFL
7 GTB U 'ZEON480R ' KaGUp Hw
7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 /'O8RU jN
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 TBhM^\z
7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 (}"D x3K
7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 [\uR3$j#
7 PLASTIC $6QIYF""
8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR 8#I>`z^F
8 CC -0.98132904 c w;wv+|k
8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00 o<2GtF1"o
8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 r );R/)&
8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 t<%0 eu|
8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 <O x[![SR
9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000 Rd?}<L
9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195 1C[9}}
9 CC -5.54999790 2 pS<;k`
9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 )n/%P4l
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 #%"q0"
9 CTE 0.600000E-04 WKf <%
E$
9 GTB U 'ZEON480R ' od ;-D~
9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 K,f:X g!:
9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 fSh5u/F!
9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Zw]`z*,yRA
9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 @0`A!5h?u
9 PLASTIC yev ! Nw
10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR ffCDO\i({
10 CC 0.92206943 E3L?6Qfx>
10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ~PQ.l\C
10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |J`EM7qMK
10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 rvA>khu0/
10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 h#rP]o@
11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000 .@dC]$2=
11 CC -0.42284721 g14*6O :
11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 q:{#kv8
11 CTE 0.720000E-04 1CtUf7 `/Q
11 GTB U 'OKP4 ' aCQtE, .
11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 >hKsj{=R7
11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 95 ;{ms[
11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7GA8sK
11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 J5@08 bZm
11 PLASTIC )W@u g,y
12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR \j)Evjw
12 CC -21.87743665 K/4@ 2vF
12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 vwR_2u
12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 pj l%Jm
12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2 a<\4w'
12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ?7{U=1gb$
13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908 '1 <Z"InU
13 CC -2.93101390 0SpB 2>_
13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 &\zYbGU
13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 {%jAp11y+O
13 CTE 0.600000E-04 Z[vx0[av&
13 GTB U 'ZEON480R ' uf( ayDE
13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 P \7DA4]
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 9O[IR)O~
13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Pz]WT1J0
13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ` At.$3B
13 PLASTIC n}p G&&;q
14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR C* ` WMP*
14 CC 16.95417460 :cpj{v;s
14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 J,a&"eO Z
14 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $0* sj XV
14 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 WR+j?Fcf
14 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 }"Y<<e<z:
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR _h%Jf{nu
END .X g.,k W
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另一种广角镜头： ~$!,-r
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。 [V}vd@*k
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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 xBHf~:!
[attachment=120133] o'Bd. B
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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。 vrn4yHoZ
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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。 wl=tN{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。 Z'o0::k
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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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