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。 x+%(z8wD
$3 BH82
在这种情况下，有一个相当简单的方法可以很好地实现：首先画出一个前端，将光束转换成一个角度较小的光束，然后从那里开始，用 USE CURRENT 声明该部分。下面是一个例子： 1Fs:&* =
M?nYplC
我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头，F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先，我们必须创建一个可追迹的前端。 e*Y>+*2y
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，并指定用于广角的物体类型 OBD，并在表面5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始，比如50度，然后，使用 WorkSheet™ 滑块，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时，增加 OBD 视场角，以这种方式继续，直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分： f\zu7,GU
8 etNS~^
[attachment=120125] T``O!>J
`nvm>u~[Hq
U7(t >/
镜头文件： m0 a <~
RLE 9P)28\4
ID WIDE-ANGLE DESEARCH KJ LC 2,
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 rDEd MT
APS 5 <jk.9$\$A
UNITS MM B S^P&TR!
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 /ll2lyS+
DEFh&n
0 AIR y?}R ,5k
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR sT ;:V
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 SBbPO5^](
1 GLM 1.50000000 55.00000000 =a]B# uUn
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR 8 euh]+
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 ` ;R
[*7
3 GLM 1.50000000 55.00000000 vp_$Ft-R
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR L*'3f~@Q
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR -:jC.}
Y
END <:YD.zAh|
JKMcdD?'
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。 f'-)
3T
XVRtfo
CORE 16 ;V:Cf/@@R
DSEARCH 2 QUIET .zM M!l3
USE CURRENT 5 ALL F,NS:mE
#R#o/@|
GOALS Sd\+f6x
ELEMENTS 5 1^HUu"Kt
FNUM 2 1 Qk_ Mx"
BACK 10 SET J_tI]?jrU
STOP MIDDLE &58TX[#
STOP FREE giNyD4uO
ASPH Q &l| :1
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 J nzI-
y
FOV .2 .4 .6 .8 1 AY~~ a)V
DELAY OFF ,iYKtS3
NGRID 6 L( ni6-
SNAP 10 XY*KWO
PLASTIC 5 7 9 11 13 >_m4
idq1
!QUICK 30 40 `Jrv D
ANNEAL 50 10 Q Jemb0Qv
NPASS 50 (4 6 S^*
END wRLj>nc
SPECIAL AANT J]=2] oI2
ACC 10 1 1 t&^cYPRfY'
ACA 70 1 10 uV'w0` $y
LUL 90 .1 1 A TOTL 7K\H_YY8#
END j1hx{P'
GO `tjH#W`
@m99xF\e
VJ'bS9/T
G1`H
H&
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 (8?5RE z
Pqc +p E
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 4 [$D 3,A
5( }Qg9%
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 Wt8 = j1>
iI.d8}A
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。 G._E9
^ 1 P@BRh
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： ?{bAyh/
Q x]zz4jD
[attachment=120126] )b_
GKA
`
ti}g?\VT
faJ>,^V#
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 9"TPAywd
9 }TQ u0
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。 V.8pxD5 s
>FRJvZ6
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}#
S q
8pQ:B/3=
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 F~ Z~OqCS
APS -9 G^ 2a<?Di
CSTOP ,svj(HP$
WAP 2 O(Tdn;1
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。 nYF *f
.bT|:Q~@{
[attachment=120127] UJX=lh.o
]F]!> dKA
w=txSF&Qr
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。 L9FijF7
! _|rVg.
[attachment=120128] fcC?1M[BP~
nU6WT |
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。 .vbUv3NI
7rdPA9
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。 YyZ>w2_MTi
Q6r!=yOEY
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） "V:24\vO
]DaC??%w
[attachment=120129] tl uyx
[attachment=120130] ji|`S\u#b
[9O,C-Mk
I 9 R\)3"
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。 ~D9VjXfL)
t#p*{S 3u
[attachment=120131] )/:&i<Q:
[attachment=120132] =:!$' q:
vX'@we7Q{
bLHj<AX#>|
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 ppBIl6
RLE : cmQ
w
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4 ;goR0PN
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 zJp@\Yo+
FNAME 'DSEARCH004.RLE ' eqL~h1^Co
MERIT 0.617523E-03 OEkx}.w
LOG 4 ~ <%/)d0
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 O;ty
k_yM
APS -9 :IZ(9=hs
CSTOP bwm?\l.A
WAP 2 PKx ewd
UNITS MM 0V:DeX$bZ
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887 MWHGB")J
E[FRx1^R9
0 AIR SQZUkKfb
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR wlh V!a0>
1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987 \I"UW1)B
1 GLM 1.582541321 69.489424800 [;Q8xvVZ'
2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR
1Ugyjjlz
3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000 4[ S0~O{r
3 GLM 1.862101561 32.759137271 CFW\
4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR ^vPt Ppt
5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017 2ja@NT
5 CC 15.35107422 $hkMJ),T~
5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576
.3B3Z& vr
5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 b Hr2LhQCN
5 CTE 0.650000E-05 S[b)`Wi D
5 GTB U 'AD-5503 ' zKi5e+\
5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ,u^S(vxyz
5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,=9e]pQ
5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 6T}bD[h4?
5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 5PJB<M_m:
5 PLASTIC :\*<EIk(
6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR hm%'k~
6 CC -1.63833609 r~sx] =/
6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00 +7jr ]kP9
6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2 o`a^'Iw
6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Q}J'S5%
6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 5pBQ~m3
7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860 rpgr5>
7 CC -3.18613168 0.}Um
7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 _l&`*
2d
7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 |EJ&s393&
7 CTE 0.600000E-04 :%dIX}F
7 GTB U 'ZEON480R ' ~h~K"GbC?
7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 s<I[)FQVr
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 /` 3^?zlu"
7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 'oZ/fUl|7
7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 jhWNMu
7 PLASTIC v5|X=B>&>
8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR 9E (VU.
8 CC -0.98132904 ^N!l$&=
8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00 1Ftl1uf
8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 OXC7
m
8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 p%A(5DE
8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 =?`5n|A*
9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000 .wrNRU7s
9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195 y)W.x R
9 CC -5.54999790 gY],
(*v
9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 <} RU37,W
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 $X %GzrN
9 CTE 0.600000E-04 <qzHMy Ai
9 GTB U 'ZEON480R ' [?<"SJ ,`
9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 .,:700n+^
9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 J}7iXTh
9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 q|,I\H5}
9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 v/]Bo[a
9 PLASTIC IB x?MU#.
10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR \ A\a=A[
10 CC 0.92206943 [=Wn7cr
10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 "
}@QL`
10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 (lh bH]I
10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 (9h{7<wD`
10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 C#X0Cn0ln
11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000 0px@3/
11 CC -0.42284721 DJeP ]
11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 +[9~ta|j
11 CTE 0.720000E-04 uG\ +`[-{0
11 GTB U 'OKP4 ' Xc2Oa
11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 9YMUvd ,u
11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 [8/E ;h
11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 cO2
.gQo'
11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 } XCHoB
11 PLASTIC byM/LE7)
12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR ,cs`6Bd4
12 CC -21.87743665 _pQ9q&i4
12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 wO!k|7:Z
12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 aWVJx@f
12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 " *xQN "F
12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 A%n
l@`s,
13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908 -OZRSjmY
13 CC -2.93101390 b0]y$ *{j
13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 :8U=L'4
13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 lhAwTOn`Q
13 CTE 0.600000E-04 vBd^=O
13 GTB U 'ZEON480R ' n{pS+u z
13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 !3K6ew>Sf
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 qFmvc
13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *5 FSq
13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 b/oJ[Vf
13 PLASTIC 8^ ;[c
14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR MP?9k )f
14 CC 16.95417460 P y6c=&*
14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 qgw:Q
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15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR aYe,5dK>
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另一种广角镜头： E0}`+x
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。 *G$tfb(
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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{kZKD=
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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。 NFPW#-TF
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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。 {hK$6bD 3^
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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。 e{Pgz0sO Q
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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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