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。 Ah6wU|_-g
F% F
c+?
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： <m?GJuQ'
It#h p,@e
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。 1"8Z
y6t
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：
f$:7A0
s-QM 6*
[attachment=120125] {Q{lb(6Ba
)2iM<-uB
Xz;et>UD*B
镜头文件： ^n\9AE3
RLE \(.nPW]9
ID WIDE-ANGLE DESEARCH BNAguAxWo
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 6 Cz7A
APS 5 _myg._[
UNITS MM KzE uPJ ?
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 +)/Rql(lY
ovhC4 2i
0 AIR zvek2\*rO
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR
`_NnQ%
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 /#S4espE
1 GLM 1.50000000 55.00000000 nz ,Mqol
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR ET >S
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 hQgk.$g
3 GLM 1.50000000 55.00000000 b*I& k ":
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR t_[M &
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR [}W^4,
END @- )<|orU4
!I w{Y'
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 0EL\Hd
Hs:4I
CORE 16 viW~'}^k7
DSEARCH 2 QUIET 6%\7.h
USE CURRENT 5 ALL Hmz=/.$
e5*5.AB6&
GOALS |i,zY{GI+2
ELEMENTS 5 /3CHE8nSh
FNUM 2 1 nx!qCgo
BACK 10 SET = :xV(GK }
STOP MIDDLE 2*~JMbm
STOP FREE R-r+=x&
ASPH Q KuIt[oM
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 g|&.v2 '
FOV .2 .4 .6 .8 1 M iP[UCh
DELAY OFF b>hBct}
NGRID 6 "e1{V8
4
SNAP 10 ^@|<' g.R-
PLASTIC 5 7 9 11 13 wQo6!H "K
!QUICK 30 40 VfL]O 8P>
ANNEAL 50 10 Q
Q{J"`d2
NPASS 50 !(MA5 L-
END ,XWay%8{E
SPECIAL AANT ZI2K- z'e
ACC 10 1 1 A&NC0K}G!
ACA 70 1 10 SeRK7Q&_
LUL 90 .1 1 A TOTL <r_P?
lZW
END I 2t-D1X
GO 1=9qAp;?o
OCbQB5k3
7AGZu?1]M
38x [A d4%
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。 JEK%yMj
N3XVT{ yo
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。 c t2_N
0UM@L
}L
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 ++J Bbuzj!
XhlI|h-j
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。 ~c O?S2!W
+Bt LyQ
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： %KabyvOl)
)[y!m9 Vn
[attachment=120126] WryW3];0OR
`'G),{ j
N[ +o[%A
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 i GEQXIr3
CO:m]oj
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。 Y5h)l<P>B
C1#o<pv
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。 M v7w5vTl
W L)_8!
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 J[&
7,}
APS -9 {|Mxvp*Hg
CSTOP wRV`v$*6
WAP 2 E5Snl#Gl\0
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 =#POMK".6
~
X]"P4 u
[attachment=120127] D*d 3w
V\k5h
Zi <Sw
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 bOd sMlJkN
;H m-,W
[attachment=120128] ~$y#(YbH
& |'Kut?8
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。 8M3p\}O
O9qKwn;q(
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。 NR;S3-Iq (
WRLu 3nBx
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） (_%J F[W
nL7S3
[attachment=120129] C~
}Wo5
[attachment=120130] bY"eC i{K
T|BY00Sz`
IJ
#v"! D
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。 cOZajC<G
\J3v>&m<7
[attachment=120131] ys.!S.k+
[attachment=120132] %`s9yRk9>E
dp// p)B>
\f M!^
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。 V %{ 9o
RLE fdCxMKlu;
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4 e $/Zb`k
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 0()9vTY+
FNAME 'DSEARCH004.RLE ' g k_X u
MERIT 0.617523E-03 0o"<^]
_|
LOG 4 Op$ J"R
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ZAnO$pA
APS -9 F"@'(b
CSTOP ]Gd]KP@S
WAP 2 y?R <g^A
UNITS MM !+*?pq
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887 {C0Or O2:
P`IMvOs&
0 AIR j9L+.UVI,
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR v-r[~
1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987 /bNVg K`L5
1 GLM 1.582541321 69.489424800 -JyODW#j
2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR "]\": T
3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000 8w@W8(3B
3 GLM 1.862101561 32.759137271 1o6J9kCq^3
4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR 5f`XFe$8
5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017 lA^Kh
5 CC 15.35107422 k`4\.m"&
5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 B,VSFpPx
5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 $O]E$S${
5 CTE 0.650000E-05 7q{v9xKy
5 GTB U 'AD-5503 ' K7&8 ;So
5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Vp-OGX[
5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 n`I
jG
5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 OTFu4"]M
5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 8Jy1=R*S
5 PLASTIC M : Y!k<p
6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR `bi_)i6Low
6 CC -1.63833609 ~E6+2t*
6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00 WbD C
6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Q]?J% P.
6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &LxzAL,3!
6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 $ b
7 1
7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860 XY t8vJ
7 CC -3.18613168 !#|fuOWe
7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 )'I<xx'1
7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 gZ=9Y:$
7 CTE 0.600000E-04 {ZIFj.2
7 GTB U 'ZEON480R ' W 9:{pQG
7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ;0X|*w1JO
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 9 q@YE_ji
7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 v=Bh
A9[
7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 L!8?2 \5
7 PLASTIC I(kIHjV|
8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR [Oy 2&C
8 CC -0.98132904 h}:5hi Jw
8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ?yM/j7Xn
8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 "s6_lhu=E7
8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Nwu Be:"@
8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 [6gHi.`p'
9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000 +5}T!r
9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195 ib=^ tK
9 CC -5.54999790 y2% ^teX k
9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 d@`:9
G 3
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 C%7)sLWjJS
9 CTE 0.600000E-04 +n~rM'^4/
9 GTB U 'ZEON480R ' -8kW!F
9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 U
&k 3
9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 >5},qs:lZ
9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 U[ O!&:6
9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ]~ 8N
9 PLASTIC 9l^
10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR Q+js2?7^
10 CC 0.92206943 kX .1# %Ex
10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 7ofH@U
10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 PaI63 !
10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 TV>R(D3T/
10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 oW1olmpp=
11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000 eS%6 h U b
11 CC -0.42284721 w]YyU5rhS
11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 CpdY)SMSL
11 CTE 0.720000E-04 #K*q(ei,7h
11 GTB U 'OKP4 ' LzSusjEW@
11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 g Y^TBR0?m
11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 hfa_M[#Q-
11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 j N{xpd
11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 >oYwzK0&
11 PLASTIC M P&4}De
12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR U5%]nT"[]
12 CC -21.87743665 n8D;6#P^
12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 %z_b/yG
12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 zYJ`.,#C 5
12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 NW
Qu-]P
12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 e7AI&5Eg{
13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908 m`0{j1K
13 CC -2.93101390 6C}Z1lZl
13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 uXa}<=O
13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 T $]L 5
13 CTE 0.600000E-04 eb woMG,B-
13 GTB U 'ZEON480R ' T<, tC"
13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 `.Q3s?1F
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 AQGE(%X
13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 g[)hm`{ ?
13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 u<r('IW0
13 PLASTIC XE%6c3s
14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR Z+Zh;Ms
14 CC 16.95417460 ?Og ;W9i
14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 e' ;c8WF3E
14 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 o6%f%:&
14 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5 : >
14 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 *3oQS"8
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR wWswuhq<
END a m%{M7":7
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另一种广角镜头： ".Z+bi 2l
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。 K`2DhJC
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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 r/:'}os;
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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。 ZWW}r~d{
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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。 @2O\M ,g5
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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。 .v8=zi:7Y
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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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