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。 '#+&?6 p
B]X8KzLu
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： ?8-Am[xH
D~C'1C&W
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。 _9h$8(wjn
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，并指定用于广角的物体类型 OBD，并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始，比如50度，然后，使用 WorkSheet™ 滑块，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时，增加 OBD 视场角，以这种方式继续，直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分： e$~ [\
w
~&<#H+O
[attachment=120125] ' h7Faj
RNk|h
O&l4/RtQ\)
镜头文件： g+#awi7
RLE T`x|=}
ID WIDE-ANGLE DESEARCH yqx 5_}
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 jri"# H
APS 5 fp [gKRSF
UNITS MM "/'3 I/ }
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 `==l 2AX
lb_N"90p
0 AIR , #)d
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR K7RAmX
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 T-] {gc
1 GLM 1.50000000 55.00000000 KwL_ae6fV
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR ?h}NL5a
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 Ev7.!
3 GLM 1.50000000 55.00000000 & P-8_ I
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR '9}&@;- _
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ]E/0iM5
END ;iKLf~a a
>.
K
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。 Z*k(Q5&U
.a@12J(I
CORE 16 MltO.K!
DSEARCH 2 QUIET -EiTP:A
USE CURRENT 5 ALL ]rv\sD`[
yNI0Do
2
GOALS $lxpwO
ELEMENTS 5 '[ #y|
FNUM 2 1 mh3S?Uc
BACK 10 SET /yI4; :/
STOP MIDDLE l'"nU6B&
STOP FREE p":u]Xgb
ASPH Q MJGT|u8O&
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 99=~vNn
FOV .2 .4 .6 .8 1 !UoA6C:
DELAY OFF ~ (R=3
NGRID 6 Py; 5z
SNAP 10 KuP#i]Na
PLASTIC 5 7 9 11 13 Yz/Blh%V
!QUICK 30 40 G0
)[(s
ANNEAL 50 10 Q a`' >VCg
NPASS 50 t.(
`$
END Rt#QW*h\|i
SPECIAL AANT M/W"M9u
ACC 10 1 1 z x-[@G
ACA 70 1 10 <wS J K
LUL 90 .1 1 A TOTL 7p1Y g
END <e UsMo<
GO a
8k2*u
bWo
H^-Y]{7
{xZ Y4b2
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。 &Sd5]r@+
@AZNF+
\W$
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。 .)tv'V/
RhowhQ) G
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 >kQp@r\nQ
!)]/?&uo
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。 X~r9yl>
3'uXU<W!
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： %E_Y4Oe1
G J%^hr`P
[attachment=120126] {?`rGJ {f
0
P YYG
(,I:m[0
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 i6#*y!3{
Ge2Klyi
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。 TDo)8+.2 z
'/I`dj
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。 ` Q*`\-8J
l!,tssQ
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 RnH?95n?{
APS -9 +ay C 0
CSTOP S>dHBR#AD
WAP 2 Dl/ C?Fll
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。 pb97S^K[
&| (K#|^@
[attachment=120127] nuq@m0t\#
: <aGZ\R5
uj3`M9
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。 3 P0z$jh"H
_#K|g #p5
[attachment=120128] |mH* I
v`oilsrc
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 I%.nPOQ 8
C|]c#X2t3
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 /H<{p$Wd
FsqH:I4O
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） Zz} o t
r%;|gIky
[attachment=120129] (A?>U_@
[attachment=120130] YIk@{V
P.YT/
~m fG
Yk"
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。 Uc!k) o#=
4S42h_9
[attachment=120131] =Z.0-C>W
[attachment=120132] jsA x;Z:QT
e;vI XJE
diXWm-ZKL
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。 1HO;~NJ]m
RLE 4(htdn6 \
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4 )Cd w_Yx
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 vE x'~_+a9
FNAME 'DSEARCH004.RLE ' fExFpR,`
MERIT 0.617523E-03 KOg,V_(I
LOG 4 -9 LvA V>
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 B}04 E^
APS -9 \Hb!<m rp
CSTOP ;\th.!'rn
WAP 2 /cClV" S*G
UNITS MM FtJaX])b
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887 5"h4XINZ
EC\@$Fg
0 AIR jW&*?6<
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR Z+V%~C1
1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987 /[ m7~B]QE
1 GLM 1.582541321 69.489424800 1R_@C.I
2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR i3 Xtr P""
3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000 QV."ZhL5 =
3 GLM 1.862101561 32.759137271 #c:@oe4v
4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR 1a9' *[
5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017 8T"L'{ggWB
5 CC 15.35107422 qdQ4%,E[
5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 y= { k7
5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 *ssw`}yE'
5 CTE 0.650000E-05 UZ/LR
5 GTB U 'AD-5503 ' A23K!a2u&
5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 + _ehzo97
5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `/1rZ#
5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 y:\<FLR}j
5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 @mw1__?
5 PLASTIC &LM@xt4"^[
6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR -0a3eg)Z*
6 CC -1.63833609 b w1s?_P
6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00 eAO@B
6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2 G|}ENC
6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 4grV2xtX
6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 <.g)?nj1
7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860 ;xq ;c\N
7 CC -3.18613168 ?p6@uM\Q7
7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 {B=64,D^7R
7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 :hO B
7 CTE 0.600000E-04 qKXg'1#E )
7 GTB U 'ZEON480R ' >mQD/U
7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 8F\'? 7
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 V B ^1wm
7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 gT[] "ZT7
7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 DB"z93Mr<K
7 PLASTIC (xfy?N
8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR F6{
O
8 CC -0.98132904 x15&U\ U
8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Nba1!5 :M
8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Lniz>gSc
8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 WjVm{ 7 ?{
8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 M+-odLltw
9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000 %b
pQ=
9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195 ixy:S1 pI
9 CC -5.54999790 rU>l(O'b
9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 4EeV O 5
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 0I)eYksh
9 CTE 0.600000E-04 =s AOWI,8!
9 GTB U 'ZEON480R ' M$v\7vBgO!
9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 c ~M'O26bW
9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 P2>_qyX
9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 MR,>]|
^
9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 s Wj:m )
9 PLASTIC 1h]nE/T.O
10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR 4D.h~X4
10 CC 0.92206943 O~J f" Ht
10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 fuf' r>1n
10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 abe5 As r
10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^~B#r #
10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 q.hpnE~#lh
11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000 |em_l$oGc
11 CC -0.42284721 *Ta
{
11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 gW G>}M@
11 CTE 0.720000E-04 * w dNZ
11 GTB U 'OKP4 ' TD ;u"
11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 aE]RVyG@L
11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 [*vR& 4mk
11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &x.5TDB>%
11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 @ uL4'@Ej
11 PLASTIC 0 4ceDe
12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR I Yr 4
12 CC -21.87743665 G`v(4`tA
12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 2j^8{Agz
12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 /z1-4:^`A[
12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #%CB` l
12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Urm(A9|N
13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908 /u'V>=D;f
13 CC -2.93101390 utdus:B#0
13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 :Mu]* N
13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 30cb+)h(
13 CTE 0.600000E-04 w` Cs ,
13 GTB U 'ZEON480R ' =, U~
13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ~ Ctq
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 t%s(xz#1
13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 t;
#D,gx
13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 x*_'uP o S
13 PLASTIC p?<T
_9e
14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR ynq^ztBVe
14 CC 16.95417460 >
8 !9
14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 U7xQ 5lph
14 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 y $>U[^G[
14 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 OLJ|gunA#
14 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 %\ !3tN
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR =W'{xG}
END 'oM&Ar$
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另一种广角镜头： /n 1H; ~f]
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。 ,h9N, bIQg
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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 \avgX ndI
[attachment=120133] pTcN8E&Unz
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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。 G4K3qD#+H
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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。 Ei\tn`I&
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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。 $-BM`Zt0;
I #:4H2H6
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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