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。 JJy.)-R
k 5 )a|
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： !wTrWD!
|!{ Y :f;
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。 slAR <8
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： 1@n'6!]6O
lcK4 Uq\q
[attachment=120125] `RXlqj#u
Q hdG(`PY~
z `jLKPP!=
镜头文件： /h8100
RLE b>Ea_3T/
ID WIDE-ANGLE DESEARCH Hb0_QT ~
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 hR~&}sxN
APS 5 l2ie\4dK@
UNITS MM g{CU1c)B
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 v[V7$.%5Q
#HZ W57"
0 AIR "R gP!
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR N5zx# g
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 MV] `[^xQ5
1 GLM 1.50000000 55.00000000 ,0{x-S0jX<
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR w)&?9?~
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 #4<=Ira5
3 GLM 1.50000000 55.00000000 YdyTt5-
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR o2[$X ONTl
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR Q ]e]\J
END HuR774 f[
EvH/d4V;
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。 >>|47ps3
#}l$<7Z U
CORE 16 ZG-#YF.1
DSEARCH 2 QUIET >Y(JC#M;
USE CURRENT 5 ALL u h`5:V
TbLU[(m-n
GOALS r6GXmr
ELEMENTS 5 31UxYBY
FNUM 2 1 IwRP,MQ~
BACK 10 SET !{ fu(E
STOP MIDDLE [w!T
STOP FREE &XC P @@T
ASPH Q [5ncBY*A7
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 O p1TsRm5L
FOV .2 .4 .6 .8 1 -*Tf.c
DELAY OFF |=07n K2
NGRID 6 w 62m}5eA
SNAP 10 rT\~VJ>+i
PLASTIC 5 7 9 11 13 <v/aquLN
!QUICK 30 40 $41<ldJ
ANNEAL 50 10 Q (:F]@vT
NPASS 50 vG7Mk8mIr
END h?v8b+:0
SPECIAL AANT \GQRpJ#h1
ACC 10 1 1 p 3Ozf k
ACA 70 1 10 y4l-o
LUL 90 .1 1 A TOTL P_'{|M<?
END V'tR
\b
GO #!E`%'
s]
`wZ
%|ClYr
'IFA>}e7W
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。 H\H7a.@nkF
IaQm)"Z
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。 @3 $ I
/KNR;n'
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 DBG0)=SHy
v*0J6<
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。 V)`A,7X
A FBH(ms't
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： b8Z_o N5!
}EYmz/nN
[attachment=120126] ?i V}U
.c&&@>m@.
dNY'uv&Y
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 L)&^Pu
qA\&%n^ j]
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。 ,X1 M!'
U;TS7A3
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。 Nsq=1)
<
jMCd`Q]K
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 Ly3!0P.<
APS -9 ^*4#ZvpG2
CSTOP . AOc$Nt
WAP 2 )P? F ni}
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 n1 GX` K
']fyD3N
[attachment=120127] n#Dy
YVb
1*G&Z I
&WL N
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 xb%Q[V_m
kr|r- N`
[attachment=120128] H ?9Bo!
3 8m9t'
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 8+dsTX`|S
8{!|` b'f
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 `GBJa k
a%BC{XX
再次运行 MRG，这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑胶。设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） w'A *EWO
|f$ws R`&
[attachment=120129] =,q/FY:
[attachment=120130] }~=<7| N.
1%vE 7a>{
Q:7P
/
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。 \p( 0H6
-T1R}ew*t
[attachment=120131] sk<S`J,M/_
[attachment=120132] 568M4xzi
X_nbNql
iG"v
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。 2]Cn<z J
RLE m <z? 6VC
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4 aM1WC 'c&)
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 +mD; \iW]
FNAME 'DSEARCH004.RLE ' E #Ue9J
MERIT 0.617523E-03 D 4(73
LOG 4 w5 s&Ws
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ujE~#b}X
APS -9 FZ<6 kk4
CSTOP EZ/_uj2&SN
WAP 2 ~N;
dX[@BT
UNITS MM f% t
N2k
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887 MIl\Bn
"k
0 AIR 0Bp0ScE|FA
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR *c/| /
1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987 uE r.LCAS
1 GLM 1.582541321 69.489424800 h(}#s1Fzq
2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR W7 ~_XI
3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000 n} !')r
3 GLM 1.862101561 32.759137271 Y>F Lc* h
4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR ?P9VdS1-
5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017 J0e^v
5 CC 15.35107422 MFO%F) 5
5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 S/y(1.wh
5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 s nx we
5 CTE 0.650000E-05 g(s}R ?
5 GTB U 'AD-5503 ' zK1\InP
5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 oa7 N6
5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Wt!;Y,1 s
5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 u 1}dHMoX~
5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Ktzn )7-
5 PLASTIC %jq
R^F:J
6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR y,Bj,zw
6 CC -1.63833609 `LIlR8&@aX
6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00 i>G:*? a
6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ujX \^c
6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 +JD^5J,-NJ
6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ~
W8
M3(^
7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860 0{o 8-#
7 CC -3.18613168 R*W1<W%q=
7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 TQ/#
7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 QJkiu8r
7 CTE 0.600000E-04 =8p[ (<F=
7 GTB U 'ZEON480R ' o!y<:CGL
7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Ly , ];
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 E6G;fPd= E
7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 yfFe%8w_vw
7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 F3Vvqt*2
7 PLASTIC P iR`4Tu
8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR @N> rOA
8 CC -0.98132904 -ECnX/ "
8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00
b^8"EBo
8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {"|GV~
8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 aOoWB^;6
8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 )F'hn+(B|G
9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000 !
c~3 `7v
9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195 Xe/7rhov
9 CC -5.54999790 ;yZY2)L
9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 |? '
gT" #
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 p< @+0Uw2
9 CTE 0.600000E-04 Dn~t _ n
9 GTB U 'ZEON480R ' H0.&~!,*
9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 J(XK%e[8
9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }zeKf/?'
9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 .J5or
9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 i~HS"n
9 PLASTIC \jkDRR[
10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR kwt;pxp i
10 CC 0.92206943 %-!:$ 1;
10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ' xM\txZ;
10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 @
eP[*Q
10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 )GC[xo4bg
10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 6X VJ/qZ
11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000 WPu%{/ [
11 CC -0.42284721 E@="n<uS
11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 <("P5@cExU
11 CTE 0.720000E-04 `5~<)
11 GTB U 'OKP4 ' Qcs0 w(
11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ! - gOqo
11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *K=me/
3
11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Y:'c<k
11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 &gm/@ _
11 PLASTIC % o0.8qVJi
12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR B"RZ px
12 CC -21.87743665 cC,g d\}M
12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 gD6BPW~0
12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 D4GXZX8 K
12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 cX Ob=
12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 A )^A2xZQ
13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908 !P _' n
13 CC -2.93101390 sE(mK<{pk
13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 3Q+THg3~?
13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 iJu$& u
13 CTE 0.600000E-04 ~x +24/qT
13 GTB U 'ZEON480R ' @ j4~`~8
13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 9n".Q-V;k
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 s8kkf5bu
13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 H*dQT y,
13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 fbW#6:Y
13 PLASTIC #+P)X_i`
14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR JvLa@E )
14 CC 16.95417460 \RTX fe-`
14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 =CO#Q $
14 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 y
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14 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Le c %kC
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15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR uwb>q"M
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另一种广角镜头： Wv)2dD2I
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。 D&&11Iz&
R:D W>LB
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 -z L xT
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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。 {mV,bg,}~
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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。 $f<R j/`&
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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。 uU00ZPS*G[
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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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