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。 /zVOK4BqN+
>rKIG~P_
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： l$pm_%@2]
mQ 26K~
我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头，F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先，我们必须创建一个可追迹的前端。 :hk5 .[
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，并指定用于广角的物体类型 OBD，并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始，比如50度，然后，使用 WorkSheet™ 滑块，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时，增加 OBD 视场角，以这种方式继续，直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分： ;dZZ;#k%
Hp!-248 S
[attachment=120125] HjD8u`qQ
_
y8Wn}19f
Z!zF\<r
镜头文件： BdblLUGK#
RLE O$j7i:G'5
ID WIDE-ANGLE DESEARCH iYm-tsER;
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 tKx~1-
APS 5 MSqVlj
UNITS MM 4` ]^ @"{
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 , I (d6
dkBIx$t
0 AIR A:N|\Mv2b
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR e9 5Lo+:f
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 (WO]Xq<
1 GLM 1.50000000 55.00000000 j8{i#;s!"
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR ?5|>@>
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 suiS&$-E
3 GLM 1.50000000 55.00000000 oiT[de \S
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR Ed,~1GanY
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR 6@ IXqKz
END ju8q?Nyhs
>xYpNtEs
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。 )<;Y-u.UW
KNpl:g3{<Q
CORE 16 "ZoRZ'i
DSEARCH 2 QUIET >#~& - 3
USE CURRENT 5 ALL Yi+wC}
xU >WEm2
GOALS i8[t=6Rm@
ELEMENTS 5 [-k
FNUM 2 1 n :\~'+$
BACK 10 SET {V$|3m>:*
STOP MIDDLE ukfQ e }I
STOP FREE #Z`q+@@ ]A
ASPH Q
+wvWwie
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 m=A(NKZ
FOV .2 .4 .6 .8 1 K&Z tRRDd
DELAY OFF ," Wr"
NGRID 6 i ,E{f
SNAP 10 x?p1
HUK
PLASTIC 5 7 9 11 13 st3l2Q
!QUICK 30 40 &(G\[ RWp\
ANNEAL 50 10 Q !&ayYu##{
NPASS 50 ]&xk30
END ?{|q5n
SPECIAL AANT RO VW s/
ACC 10 1 1 z Rl3KjET
ACA 70 1 10 RLynE V;]
LUL 90 .1 1 A TOTL B=yqW
END }Jve cRtg1
GO F2 dHH^
V b 4#,
^aMg/.j
lL3kh J:%
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。 KL:j?.0
*1
]uH e
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。 7he,?T)vD
(G u z N
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 5k3n\sqZA
be{H$9'
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 HU }7z K2
7 60Y$/Wz
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： ^ f
&XQQY
:O?MSS;~
[attachment=120126] dh*ZKI ^@(
Zq|I, l0+E
*vN-Vb^2i)
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 _AYK435>N
&)Tdc
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。 Ic:(Gi- %
Ovt.!8
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#f3r+*2
gJXq^~-hd
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 0r] t `{H
APS -9 Ae^~Cz1qz
CSTOP s w oQ'
WAP 2 @= Uh', F
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。 %lx!. G
kr5"> "7
[attachment=120127] S8w _ii3zd
5 +YH.4R
7qLpZ/
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。 fZ zoAzfv2
Oo8VeRZ
[attachment=120128] ` $<.pOm
[M}{G5U .
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。 S6M}WR^,
)?n aN
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。 eIEeb,#i
:&rt)/I
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） qI9z;_,gNz
ufZDF=$7
[attachment=120129] nH'e?>x~e
[attachment=120130] _L UhZlw
b:m88AG
sPQQ"|wU
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。 $}q2 3
f#"J]p
[attachment=120131] |A9F\A->4
[attachment=120132] T_
<@..C
!r8 `Yr n
~i{(<.he
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。 9@:2wR |
RLE 7~% ?#
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4 .x.]`b(
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 rjAn@!| :+
FNAME 'DSEARCH004.RLE ' N7QK>
"a
MERIT 0.617523E-03 {n.PF8A5X
LOG 4 w w3-^v
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 KV aiugQ
APS -9 r~8 $1"
CSTOP EIAc@$4
WAP 2 ^4hO
UNITS MM O`\;e>!t
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887 tBWrL{xLe
\<>ih)J@tt
0 AIR b<ZIWfs
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR u8g~
1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987 JPUW6e07o
1 GLM 1.582541321 69.489424800 P%VSAh\|n
2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR }W8;= $jr
3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000 ( Q!}9K3
3 GLM 1.862101561 32.759137271 cn3\kT*
4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR v^NIx q}U
5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017 \fd v]f
5 CC 15.35107422 1D7 `YKI9h
5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 /NFj(+&g+
5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 , WYPU
5 CTE 0.650000E-05 LEf^cM=>
5 GTB U 'AD-5503 ' u@M,q o`
5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0<@KG8@hI;
5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~<5!?6Yt
5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 yYYSeH
5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ncdKj}
5 PLASTIC U&OJXJd j
6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR g2ixx+`?|:
6 CC -1.63833609 -20bPiM$A
6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00 {9pZ)tB
6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 wv 1iSfW
6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 9T9!kb
6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Lv7(st%`
7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860 OLGE !&!>
7 CC -3.18613168 i$#;Kpb`^
7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Uz8ff
7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 783,s_
7 CTE 0.600000E-04 TDjm2R~9FS
7 GTB U 'ZEON480R ' ]p GL`ge5
7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 aFm_;\
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 tw/dD +
7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,^< R{{{-A
7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 k%#EEMh
7 PLASTIC n;_sG>N
8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR ZvX*t)VjTz
8 CC -0.98132904 s^9Voi.y
8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ^
VyKd
8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 exUFS5d
8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 [ l??A3G
8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 B d fwa
9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000 MJO-q $)c
9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195
ltSU fI
9 CC -5.54999790 4k1xy##
9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 pY EMmZ?L
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 /Cr%{'P zk
9 CTE 0.600000E-04 AV]2 euyn
9 GTB U 'ZEON480R ' 1R%.p7@5QU
9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ec;o\erPG
9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Mfuv0P~
9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 pah'>dAL
9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 G e@{_
9 PLASTIC 'JE`(xD
10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR /36:ms A
10 CC 0.92206943 EME|k{W
10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 _N cR)2
10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 RbnVL$c
10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 fT ec
10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
jB2[(
11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000 nR~@#P\
11 CC -0.42284721 ;ig IZ$&
11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 <xm7qmqI
11 CTE 0.720000E-04 F/ {!tx
11 GTB U 'OKP4 ' ="H`V V_
11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 C{rcs'
11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ? OM!+O
11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 .p[ ux vp
11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 9 cF[seE"0
11 PLASTIC (ZZ8L-s
12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR IEi^kJflU
12 CC -21.87743665 _TZRVa_
12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 .`eN8Dl1
12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \}b%E'+_T
12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 dZ@63a>>@
12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 iYoMO["X
13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908 FW4<5~'
13 CC -2.93101390 DyQy^G'%l
13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 \M^bD4';>
13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Lk 8ek}o'
13 CTE 0.600000E-04 d7upz]K9g
13 GTB U 'ZEON480R ' "KpGlY?^
13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 /([ kh~a
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 KZE,bi: ~
13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 k4J+J.|
13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 N4!O.POP
13 PLASTIC n 7[V &`e_
14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR 8nV+e~ -w
14 CC 16.95417460 a1lh-2x X
14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ?6U0PChy
14 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 NXrlk
14 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 V)25$aKW7
14 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 L="}E rmK
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR DTL.Bsc-.
END h2R::/2.
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另一种广角镜头： f]CXu3w(J
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。 k9!{IScq
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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 sO@Tf\d
[attachment=120133] g($2Dk_F2
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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。 )SGq[B6@I
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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。 \4fQMG
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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。 3!]rmZ-W
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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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