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。 2p o>%Cp
\KJ\> 2Y
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： 5VG[FY6Pl
9O nH3
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。 vhQ IkB8
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： O8drR4 Pt
F qW[L>M'
[attachment=120125] x bv
v8>?,N#
QXcSD J
镜头文件： VaIFE~>E&
RLE "A6T'nOP
ID WIDE-ANGLE DESEARCH >5R cj(-&l
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 }bxW@(bs
APS 5 hS}d vZa
UNITS MM lnk`D(>W
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 8>
-3G
l12_&o"C~
0 AIR ?Q ]{P]
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR Gw5j6
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 gfPh t 5
1 GLM 1.50000000 55.00000000 8 N5ga
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR ^}gQh#
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 K5fL{2V?
3 GLM 1.50000000 55.00000000 t'@qb~sf
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR d }"Dp
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR k9ThWo/#u
END ^" EsBt
Sf2pU!5n^
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。 <{"]&b l
&GC`4!H
CORE 16 J4-64t nZ
DSEARCH 2 QUIET $H9+>Z0(
USE CURRENT 5 ALL 0?tn.<'B8T
8$H _:*A?
GOALS FOFZ/q
ELEMENTS 5 pa6.Tp>
FNUM 2 1 py9HUyr5eZ
BACK 10 SET ~ "^]\3#
STOP MIDDLE `Eijy3>h
STOP FREE e*7nq ~ B5
ASPH Q &3SQVOW ~T
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 a19yw]hF5
FOV .2 .4 .6 .8 1 X_}2xo|T
DELAY OFF *<P Qp
NGRID 6 uK:?6>H
SNAP 10 0<8p G:BQ
PLASTIC 5 7 9 11 13 thYG1Cs
!QUICK 30 40 f#s
/Ycp+
ANNEAL 50 10 Q /$
-^k[%
NPASS 50 dA`.
END =,/08Cs
SPECIAL AANT J;K -Pv +
ACC 10 1 1 aIrQ=}
ACA 70 1 10 6[dLj9 G%
LUL 90 .1 1 A TOTL NDJIaX:]
END #+v I q?
GO 5ayM}u%\~
{R2gz]v4
L"w% ew
#bqc} h9
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。 (8(7:aE $
8E m X
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。 ;\F3 ~rl
lzQmD/i*
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 B I '}
om`x"x&6
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。 }/ p>DMN
\
2$nFr?0
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： v&hQ;v
:N \j@yJK
[attachment=120126] ewNz RH,b
l ( EDe
"k)}qI{
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 @WV}VKm
mVg$z
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。 {bxTODt@
Sn I-dXNF
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。 MeXzWLH
_vQtV]
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 tOJK~%'
APS -9
O
"jX|5
CSTOP t%
-"h|
WAP 2 <oweLR t
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。 uSeRn@
5pF4{Jd1
[attachment=120127] ^sLnKAN
6TN!6 3{Cz
q
.[hwm
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。 <Yzk]98W5.
cs'ylGH
[attachment=120128] jQb D2x6(
HFr3(gNj@
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。 ETOc4hMO
eqR#`
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。 k)s 7Ev*
`/zt&=`VB
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） _p&$X
=dBr mMh
[attachment=120129] 0vp I#q
[attachment=120130] J7GsNFL
ud Fju&!W
IFxI>6<&
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 dLf8w>i`T
u`@f ~QP0
[attachment=120131] c0&'rxi( B
[attachment=120132] rbPs~C-[
>e;STU
sK0VT"7K
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 %wW 5)Y I
RLE 1 fv~r@6 s
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4 n-3j$x1Ne
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 ;6nZ
FNAME 'DSEARCH004.RLE ' oh~
vo !
MERIT 0.617523E-03 4D$sFR|?t
LOG 4 %:KV2GP
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 @z)tC@
APS -9 Lzx$"R-
CSTOP 4> VZk^%b#
WAP 2 Nu/Qa:H_{
UNITS MM "P5bYq%0v
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887 ynZ[c8.
c4> s E[]
0 AIR 2~WFLD
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR $Cd ;0gd v
1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987 * \o$-6<
1 GLM 1.582541321 69.489424800 .(7C)P{ .0
2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR ]9&q'7*L
3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000 Uc_`Eh3y
3 GLM 1.862101561 32.759137271 b^,Mw8 KsO
4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR (Ef2
w[ '
5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017 Dg >'5`&
5 CC 15.35107422 _d[2_b1
5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 dD^_^'i
5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 q"+ q
5 CTE 0.650000E-05 qSoBj&6y
5 GTB U 'AD-5503 ' J`+`Kq1T
5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ,/?%y\:J
5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 I,<>%Z|'
5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 rX! +@>4_L
5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 zh^jWu
5 PLASTIC ~*mOt 7G
6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR ^%oG8z,L
6 CC -1.63833609 ^3WIl ]
6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00 xS~yH [k
6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Fp5NRM*-!
6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 tB ,.
6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 E+m]aYu"
7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860 7O8V1T t
7 CC -3.18613168 6VH90KAT
7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 }RA3$%3
7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 O^X[9vrW
7 CTE 0.600000E-04 6bbZ<E5At
7 GTB U 'ZEON480R ' nE]~E xr
7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 >9o,S3
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 W>` g;[ W
7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Ad]<e?oN=
7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ?418 *tXd
7 PLASTIC g x!*O<|e4
8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR 8!u/
8 CC -0.98132904 !j!Z%]7
8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00 9RG\UbX)^|
8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0|+>A?E}E
8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ?%cn'=>ZI
8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ";wyNpb(
9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000 [;(]Jy
9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195 94T}iY.
9 CC -5.54999790 TK; \_yN
9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 b@=z rhQ
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 BN+V,W
9 CTE 0.600000E-04 Ms.PO{wb
9 GTB U 'ZEON480R ' KqN!?anPr
9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 \e?.h m q
9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 wn
&$C0
9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 +VSZhg,Np8
9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 |'ZN!2u
9 PLASTIC ~_ *H)|
10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR |WB"=PE
10 CC 0.92206943 ;LHDh_.pX
10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00
%)pP[[h
10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 hZ!oRWIU%G
10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;5<P|:^
10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 :FnOS<_B
11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000 R"NGJu 9
11 CC -0.42284721 !d\t: 0;
11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 Was'A+GZ
11 CTE 0.720000E-04 /v5qyR7an
11 GTB U 'OKP4 ' <lFdexH"T
11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 _Aa[?2 O
11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ])C>\@c6Gm
11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 u2 7S %2P
11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Gi*<~`Gr
11 PLASTIC U M@naU
12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR %8
qSv%_
12 CC -21.87743665 2sUbiDe-
12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Lj iI+NJ
12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 A]j}'
12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 zwnw'
12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 4Hk6b0 9
13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908 ~ Yl<S(/4
13 CC -2.93101390 ' X}7 ]y
13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 lj*8mS/;h
13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 vb
%T7
13 CTE 0.600000E-04 Wk}D]o0^@
13 GTB U 'ZEON480R ' EX4
C.C|d
13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 EMh r6</
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 tn{8u 7
13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {S *!B
13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
fe';b[q)#
13 PLASTIC 0V3gKd7
14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR E+z18Lf?
14 CC 16.95417460 lBmm(<~Z
14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Mn@$;\:
14 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 P x#$uU
14 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 waCboK'
14 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 [f/.! @sj
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR +0"x|$f~
END 6- ]h5L]
!}5*?k
g
另一种广角镜头： &6/%k kv
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。 sAYV)w3u"
% $TEDr !
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 ~{M @?8wi
[attachment=120133] xnbsg!`;7W
ue6d~8&
,H39V+Y*
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。 CZ3].DA|z
Z>2]Xx%
\
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。 G o <'
hH`Jb7 7L
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。 O!^; mhy"
TJOvyz`t
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。
|