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。 $E.I84UfX
B^9j@3Ux
在这种情况下，有一个相当简单的方法可以很好地实现：首先画出一个前端，将光束转换成一个角度较小的光束，然后从那里开始，用 USE CURRENT 声明该部分。下面是一个例子： uGlUc<B\*
y'*K|a TG
我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头，F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先，我们必须创建一个可追迹的前端。 Tn m.A ?
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，并指定用于广角的物体类型 OBD，并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始，比如50度，然后，使用 WorkSheet™ 滑块，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时，增加 OBD 视场角，以这种方式继续，直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分： 83q6Sv
#;nYg?d=
[attachment=120125] yz8jw:d^-
o " #\
>
92K Rb;c
镜头文件： G'A R` "F
RLE wAW5
Z0D
ID WIDE-ANGLE DESEARCH LFtt gY
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 7Jho}5J
APS 5 D}X\Ca"h
UNITS MM Dm<A
^u8
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 sL AQE64\"
'q:`? nJ^
0 AIR y
h9*z3
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR @I!0-OjL
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 B&uz;L3
1 GLM 1.50000000 55.00000000 S|`o]? nc>
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR e**qF=HCw
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 "LTad`]<Ro
3 GLM 1.50000000 55.00000000 &KRX[2
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR / s}} &u/
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR 65Yv4pNL
END Q$@I"V&G.
yaH
Zt`Y
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。 ;;N9>M?b
NHZz _a=
CORE 16 ikiypWq
DSEARCH 2 QUIET Y`S vMkP)+
USE CURRENT 5 ALL _zi|
wDe& 1(T^
GOALS pg) WKbV
ELEMENTS 5 G*P#]eO
FNUM 2 1 81
sG
BACK 10 SET '$%l7
STOP MIDDLE w i6
~}~%
STOP FREE iqQD{SRt{
ASPH Q
wcY? rE9
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 +!.^zp21
FOV .2 .4 .6 .8 1 ( 0_2sfS
DELAY OFF y/ ef>ZZ
NGRID 6 O[JL+g4
SNAP 10 I(BQ34 q
PLASTIC 5 7 9 11 13 4u})+2W
!QUICK 30 40 {[?(9u7R
ANNEAL 50 10 Q n]o<S+z
NPASS 50 L>4 "(
END 68WO~*
SPECIAL AANT vuY~_
ACC 10 1 1 .jjG(L
ACA 70 1 10 6zuTQ^ pz
LUL 90 .1 1 A TOTL H*'IK' O
END %2V? ,zY@
GO [j/9neay e
hy"\RW
9Y_HyOZ*GX
K/yxE|w<
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 :(* V?WI
)cMh0SGcM1
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 _TQj~W<
XYOC_.f1
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 68C%B9.b'
Ig0VW) @
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 z/2//m M
-if FbT+x
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： ra
g Xn
mLLDE;7|}
[attachment=120126] 8 \A#CQ5b
sLT3Y}IO
B !L{
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 !Pfr , a
q Y? j#fzi
现在需要进一步改进设计。运行 DSEARCH 产生的优化 MACro，镜头的性能变化很小。 4yr'W8X_
w ;:*P
现在必须检查视场的像质。 在 PAD 中，单击PAD工具栏中的“扫描”按钮，然后观察到靠近曲面9的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中，我们必须控制它。 j[J-f@F \Y
i#Bf"W{F
由于我们改变了 YP0 的数量，目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果，但是现在我们必须把它放在那里。在 WS 编辑窗格中，我们输入 (m( JK ^
APS -9 ">, |V-H
CSTOP XnMvKPerv'
WAP 2 ~[nSXnPO
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 yEoF 4bt
Lx SpctiNx
[attachment=120127] ,Np0wg0
l' E*=Rn
W/bQd)Jvk
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 :zke % Yx
4-y :/ 8
[attachment=120128] a a/(N7
A> ;bHf@
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 u$Jz~:=,
}I6veagK
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:
;Pj9
x,@B(9No
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） Ma']?Rb`
;~ $'2f~U
[attachment=120129] s.QwSbw-g
[attachment=120130] @&3EJ1
i0kak`x0
}"P|`"WW
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。 & 4x}ppX
#3@rS
[attachment=120131] e FTpnG
[attachment=120132] 5o'FS{6U
'/n1IM$7
gpvYb7Of0
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。 r|fL&dtr
RLE (Ag1 6
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4 }1c|gQ
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 0oZ=
yh
FNAME 'DSEARCH004.RLE ' lH x^D;m6
MERIT 0.617523E-03 $m{:C;UH
LOG 4 uLL]A>v R
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 n&;85IF1
APS -9 0$)>D==
CSTOP IS{wtuA.
WAP 2 WwBOM~/`2
UNITS MM p{ Yv 3dNl
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887 Fa Qe_;
r4XK {KHn
0 AIR I s)u }
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR 8:c-k|CX
1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987 +\c5] `
1 GLM 1.582541321 69.489424800 F|o:W 75
2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR ;4^Rx
3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000 +>Qq(Y
3 GLM 1.862101561 32.759137271 jrlVvzZ
4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR rb2S7k0{
5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017 QQ*hCyw!
5 CC 15.35107422 hz;G$cuEE
5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 J6s`'gFns
5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 \FbvHr,
5 CTE 0.650000E-05 u<6<iD3 y
5 GTB U 'AD-5503 ' uk< 4+x,2)
5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 jk; clwyz/
5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 x=hiQ>BIO0
5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 i&Tbz !
5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 |+FubYf?$
5 PLASTIC HZzD VCU
6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR 7a =gH2]&
6 CC -1.63833609 VgG0VM
6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00 q PX ~@^`9
6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 L
O_k@3
6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \ =?a/
6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 w (*vj
7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860 yYIf5S `V]
7 CC -3.18613168 pXT4)JDpc
7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 2\A $6N ;_
7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 JgKO|VO
7 CTE 0.600000E-04 -LoZs
ru
7 GTB U 'ZEON480R ' U3ADsdn
7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 uB]7G0g:
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 | C;=-|
7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 W+aP}rZm:
7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ^e2VE_8L
7 PLASTIC ^EtMxF@D
8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR zH?!
8 CC -0.98132904 V%7WUq
8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Gv!2f
8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 EnKR%Ctw
8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 o lR?n(v
8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 x*/t yZg6
9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000 b$d;Q x
9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195 5Md=-,'J!
9 CC -5.54999790 fIx+IL s
9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 zsEc(
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 E<{ R.r
9 CTE 0.600000E-04 AP n| \
9 GTB U 'ZEON480R ' p,5i)nEFj
9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 )al]*[lY
9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 er("wtM
9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 mDA:nx%5<
9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 n$MO4s8)
9 PLASTIC @ wGPqg
10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR LiC*@W
10 CC 0.92206943 |IeTqEu9
10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 \#2Z)Kz
10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 m4[ ;(1
10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 vONasD9At
10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 @N>\|!1CC
11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000 C mP9Q2
11 CC -0.42284721 L4@K~8j7
11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 a=|K%ii+Y
11 CTE 0.720000E-04 L\6M^r
>
11 GTB U 'OKP4 ' wjU 9Z GM
11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 x 77*c._3v
11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 m<<+
11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 QGMV}y
11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 euK5pA>L
11 PLASTIC bbDZ# DK"
12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR fF!Yp iI "
12 CC -21.87743665 sf:,qD=z
12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Q 4#.X=.d
12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _>o:R$ %}
12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 z 4e7PW|
12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 vz@A;t
13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908 U45e2~1!O
13 CC -2.93101390 lB8-Z ow
13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 J@/kIrx
13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 $H2 u.U<ip
13 CTE 0.600000E-04 juP7P[d$qW
13 GTB U 'ZEON480R ' rP'me2
B
13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 H9Gh>u]}
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 PF0_8,@U
13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 +N]J5Ve-`t
13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 /m!BY}4W
13 PLASTIC H-!,yte
14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR .y' >[
14 CC 16.95417460 \:P>le'1
14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 8$] 1M,$r
14 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 O"+ gQXe
14 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5p,RI&nlN
14 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 XMCXQs&
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR w$>u b@=
END FBG4pb9=~
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另一种广角镜头： Qry@
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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。
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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 Hkg2P ,2
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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。 \wmN
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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。 XjB W9a
C;v.S5x
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。 xnjf
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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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