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。 G0 sg\]
E' p5
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： URW# nm?
/rd6p{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。 wW4/]so M
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： MB<oWH[e)
H79|%@F"
[attachment=120125] `sZ /'R6
>w:px$g4
jWb;Xk4
镜头文件： ojO<sT:by
RLE ArBgg[i
ID WIDE-ANGLE DESEARCH ~+VIELU<%
WAVL .6562700 .5875600 .4861300
D7%`hU
APS 5 W,zlR5+Jk
UNITS MM saOXbt (&
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 L+@RK6dq
$CaF"5}?Ke
0 AIR }U$ Yiv
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR `0+zF-
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 clz6; P
1 GLM 1.50000000 55.00000000 6:i(<7
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR !+T9NqDv [
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 JLT ^0wBB
3 GLM 1.50000000 55.00000000 V0mWY!i
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 8U B-(~
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR [wAI;=.
END 4#mRLs'
'xAfcP[^
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。 `g q@LP"o
ugg08 am!
CORE 16 9)p VDS
DSEARCH 2 QUIET uX@RdkC
USE CURRENT 5 ALL rlYAy5&
|+//pGx
GOALS Oy$ *ZG )
ELEMENTS 5 kUAj Q>
FNUM 2 1 +Io^U
BACK 10 SET x72buf d
STOP MIDDLE p=6Q0r |'
STOP FREE QK -_~ 9V
ASPH Q }<w/2< T[
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 a4FvQH#j
FOV .2 .4 .6 .8 1 S ?nXpYr
DELAY OFF M y AS'Ki
NGRID 6 C|c'V-f
SNAP 10 t^. U<M
PLASTIC 5 7 9 11 13 6sb,*uSn%
!QUICK 30 40 hVRpk0IJDK
ANNEAL 50 10 Q ~4o2!! ^tI
NPASS 50 ppIMaP
END 7g3vh%G.
SPECIAL AANT xd\k;nq
ACC 10 1 1 djV^A
ACA 70 1 10 \{L!hAw
LUL 90 .1 1 A TOTL zzi%r=%r&
END xq v4gN6
GO xn(lkQ6Fm
>=c<6#:s<9
$6 \v1
tUl#sqN_{
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。 ',nGH|K.
s"`uE$6N
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 #
)-Kf
!"B0z+O>
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 U/&!F
p= jD "lq
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 N ~L3
9
~p<o":k+Lv
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： }X94M7+->
OOS(YP@b
[attachment=120126] NK]X ="`
NxVqV5 '
-:t<%]RfY
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 # 4_'%~-e
.BJ; }
现在需要进一步改进设计。运行 DSEARCH 产生的优化 MACro，镜头的性能变化很小。 m/ 3b7c@r
g@hg u
现在必须检查视场的像质。 在 PAD 中，单击PAD工具栏中的“扫描”按钮，然后观察到靠近曲面9的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中，我们必须控制它。 y
?]G OQI
%qL0=ad
由于我们改变了 YP0 的数量，目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果，但是现在我们必须把它放在那里。在 WS 编辑窗格中，我们输入 fdGls`H
APS -9 #+V-65v
CSTOP sL] KBux
WAP 2 BO<I/J~b
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 Y!* \=h6h
-m)N~>{qS
[attachment=120127] .%;UP7g
6j@3C `Yd
PpX=~Of~
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 lDd+.44V:
`|e?91@vEa
[attachment=120128] poj@ G{
4ihv|%@
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 4Mi~eL%D
(
_3DRCNvh
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 &S9Sl
i]!C H2\
再次运行 MRG，这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑胶。设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） 2[: *0 DV#
(( F[]<?
[attachment=120129] IT]D ;
[attachment=120130] W*i PseXq
yg\bCvL&
8xzEb RNJ)
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 #FKo:id`K
#n5q$
[attachment=120131] Q]Q] k j2
[attachment=120132] I)I,{xT4
H/'tS b
^XEX" E
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。 ~ .7r
RLE `G>
6
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4 S@;>l w,s!
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 gE'b.04Y9i
FNAME 'DSEARCH004.RLE ' ujsJ;\c
MERIT 0.617523E-03 T<kyxbjR
LOG 4 AHX_ I
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ]@_M)[ x
APS -9 j/_@~MJBt
CSTOP jrT5Rw _}q
WAP 2 Wo&10S w
UNITS MM ?-[.H^]s~
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887 7c$;-O
^;4nHH7z-,
0 AIR 7@al )G;~
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR 9Y&,dBj+
1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987 i ~:FlW]
1 GLM 1.582541321 69.489424800 i 2`i 5&*
2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR L9[? qFp
3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000 .PBma/w
W
3 GLM 1.862101561 32.759137271 }
_Yk.@ J5
4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR 1"{3v@yi
5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017 3Qmok@4e)
5 CC 15.35107422 zB`)\
5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 lSU&Yq x
5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 4SSq5Ve<
5 CTE 0.650000E-05 rSDS9Vf(
5 GTB U 'AD-5503 ' Iu`e QG
5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ) >0 8{7
5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 TZL)jf hj
5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #|`/K[.xd%
5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 7RNf)nz
5 PLASTIC H)aeS F5
6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR -:wC 920+
6 CC -1.63833609 C'3/B)u}l
6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00 xb$eFiQ
6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7Fb |~In<Z
6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :9!? ${4R
6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 tkU"/$Vi\
7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860 _ q`$W9M+k
7 CC -3.18613168 i_T8 Bfd:
7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 ~yz7/?A)TS
7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 %m r
7 CTE 0.600000E-04 DPR=Xls
7 GTB U 'ZEON480R ' f.rc~UI?
7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 1!<k-vt
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 E ?(+v
7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 z OkU R 9
7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 b48 9sa
7 PLASTIC H@%Y!z@\
8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR 6Ouy%]0$I3
8 CC -0.98132904 O@St^o*A}
8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00 b6BeOR*ps
8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Xao
0cb.R
8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 aLapb5VV
8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 X]d["
9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000 dE9xan
9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195 Vh1{8'G Q
9 CC -5.54999790 V4p4m@z^u
9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 HVG9 C$
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 #MYhKySku
9 CTE 0.600000E-04 Z"rrbN1
9 GTB U 'ZEON480R ' R:HF~}
9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 z;`o>Ja2
9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !l1UpJp
9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `ro~l_U;A
9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 "1P 8[
9 PLASTIC ,&$=2<Dx
10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR < wV?B9j
10 CC 0.92206943 afY~Y?PJ<
10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 g2p/#\D\J
10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 g}nlb.b]{m
10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 F.ml]k&(m
10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 mD`v>L
11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000 C8i6ESmU
11 CC -0.42284721 bp Q/#\Z
11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 KO/Z|I
11 CTE 0.720000E-04 9fR`un)f}
11 GTB U 'OKP4 ' D> wq4u
11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 dbF?#s~u
11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 P}B{FIpNG
11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ??Zh$^No:
11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 mk#xbvvG
11 PLASTIC k@r%>Ul@
12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR #`R`!4
12 CC -21.87743665 |#^##^cF/
12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 If F@$eO
12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 /Zs ;dam
12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 YI!ecx%/4
12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 (bnyT?p%
13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908 '?Fw]z1$
13 CC -2.93101390 (izGF;N+
13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 6}bUX_!&s
13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 9&e=s<6dO
13 CTE 0.600000E-04 3B| ?{U~
13 GTB U 'ZEON480R ' Eshc "U
13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 \d~sU, L;]
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 kGbtZ} W
13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 LlAMtw"
13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 }S84^2J_
13 PLASTIC aq/'2U 7
14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR W8hf
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14 CC 16.95417460 .{U@Hva_K
14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 \[</|]'[
14 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 d $~q
14 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 R_iQLBrd
14 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ?2h)w=dO
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR O_@
END O/EI8Qvm
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另一种广角镜头： O3, IR1
在本章的第一部分中，我们观察到，超过90度的输入角需要一个定制的前端，其目的是将主射线的角度减小到一个更易于控制的值，以便光线能够通过。但如果这个领域的角度小于90度，工作就简单多了。 -90qG"@
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点击打开 C45M2，我们使用 DSEARCH 本身，没有添加前端，并指定广角校正参数(WAC)为50度，此镜头的最大视场角为86度而不是92.4度 nk8jXZ"w
[attachment=120133] [K_v,m]
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本例中，搜索统计显示，待分析的128例中，共有59例由于光线追迹失败而跳过。如果在不带WAC参数的情况下运行这个宏，程序将跳过128种情况中的125种。不要跳过用例总是一个好主意，因为有希望的配置可能会被错过。当你用 DSEARCH 搜索最佳镜头设计时，WAC参数是你可以尝试的另一个参数。 #gjhs"$~
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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。 $-4OveS~B
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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。 i U3GU sPy
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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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