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。 10Q ]67
&$+ AXzn
在这种情况下，有一个相当简单的方法可以很好地实现：首先画出一个前端，将光束转换成一个角度较小的光束，然后从那里开始，用 USE CURRENT 声明该部分。下面是一个例子： }{Pp]*I<A
JtE M,tK
我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头，F 数为2.0。我们将使用塑胶制作非球面透镜。首先，我们必须创建一个可追迹的前端。 1 C+13LE$U
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： rS Y!vkLE\
hE{K=Tz$
[attachment=120125] `bq<$e
<sbu;dQ`
70?\ugxA
镜头文件： f_OQ./ `
RLE =IZT(8
ID WIDE-ANGLE DESEARCH M/f<A$xx_
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 E_rI ?t^
APS 5 @mCEHI{P
UNITS MM q1x`Bj
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 zpn9,,~u
9c bd~mM{
0 AIR jVe1b1rt~3
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR LBeF&sb6
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 >58YjLXb
1 GLM 1.50000000 55.00000000 _;S- x
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR xK[ou'
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 K8|r&`X0
3 GLM 1.50000000 55.00000000 ,Zx 0%#6
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR l\H=m3Bg
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ~7w" nIs<c
END RMV/&85?y
ktXM|#
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。 XX TL..
{lzWrUGO
CORE 16 ?>:g?. +
DSEARCH 2 QUIET 0 ] ,r0
USE CURRENT 5 ALL Evq IcZ
P bn*_/H
GOALS /{ J4:N'B>
ELEMENTS 5 u/0h$l
FNUM 2 1 H7Rx>h_
BACK 10 SET C3f' {}
STOP MIDDLE "S]0
STOP FREE q[_V u A]&
ASPH Q KZY}%il!`
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 9rX&uP)j^#
FOV .2 .4 .6 .8 1 O/(`S<iip
DELAY OFF q9K)Xk$LF
NGRID 6 Wis ~$"
SNAP 10 net@j#}j-
PLASTIC 5 7 9 11 13 xIW3={b 3
!QUICK 30 40 G_8R K,H.
ANNEAL 50 10 Q P`+{@@
NPASS 50 p`dU2gV
END Et_bH%0
SPECIAL AANT Mj3A5;#
ACC 10 1 1 EJ.SW5
ACA 70 1 10 2jItq2.>
LUL 90 .1 1 A TOTL 2zA4vZkbcw
END p4rL}J m&
GO tS5hv@9cWx
r +i($ jMs
O6 3<AY@
qr^ 3R&z!}
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。 :r,pqnH _
ua$GNm
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 ,-c6dS
d"mkL -
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 n,(sBOQ
A`$%SVgFV^
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。 t|\%VC
{6|G@ ""O
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： rU:`*b<
myQagqRx
[attachment=120126] aiUY>M#|
#Y `~(K47
_/$Bpr{R
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 (`>+zT5aH
%lhEM}Sm
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。 \ a<h/ 4#|
Qj.#) R
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。 @ V sG'
.V/Rfq
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 A RuA<vQ
APS -9 2 86;=rN]*
CSTOP bHYy }weZ
WAP 2 Yui3+}Ms
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。 h bDXo :
iL&fgF"'
[attachment=120127] O,
wJR
.t-4o<7 3
Oc#syfO
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。 Tbih+# ?
$y &E(J
[attachment=120128] +F` S>U
;-lXU0}&
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 faX #**r
.Iw AK/QS
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 Ecefi
pG
,j{,h_Op
再次运行 MRG，这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑胶。设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） h Ge/ ;@%
"@@u3`#
[attachment=120129] AaOu L,l
[attachment=120130] )gIK H{JYL
Ad8n<zt|
=F~S ?y
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 S>6 ~lb8G
}Yzco 52
[attachment=120131] I\{ 1u
[attachment=120132] 7
:x fPx
~{g [<Qi
@7] yl&LZ
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 u@UMP@"#
RLE eS\Vib
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4 Gbr=+AT
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 _x' 6 ]f{n
FNAME 'DSEARCH004.RLE ' Tod&&T'UW
MERIT 0.617523E-03 C. yQ=\U2
LOG 4 IGQaDFr
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 T{. pM4Hd
APS -9 f!uw zHA`?
CSTOP Q800y??&J
WAP 2 2j88<Yh]H
UNITS MM R6K m\N
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887 ,{u
yG:
Oi'5ytsES
0 AIR ^A$Zw+P
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR 3vN_p$
1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987 Eu d*_>|
1 GLM 1.582541321 69.489424800 ]Ji.Zk
2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR 9@(PWz=`?
3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000 wed bx00o
3 GLM 1.862101561 32.759137271 t7Iv?5]N
4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR IqaT?+O\?r
5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017 v!6
c0a
5 CC 15.35107422 !Vn\u
5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 Bi 3<7
5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 qFCOUl
5 CTE 0.650000E-05 N 1}sHyVq7
5 GTB U 'AD-5503 ' !}#8)?p
5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 *=/ { HvJ
5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {9&;Q|D z
5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 (z {#Eq4
5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 9}!qR|l3nR
5 PLASTIC 2^[ `e g
6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR Eex~xiiV
6 CC -1.63833609 %+W{iu[|
6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00 \O3m9,a
6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ICx#{q@f,
6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 eCU:Q
6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ifMRryN4
7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860 S"bg9o
7 CC -3.18613168 X 8a/ ` Y,
7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 a
od-3"7[
7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ~*&H$6NJS
7 CTE 0.600000E-04 -8ywO"6
7 GTB U 'ZEON480R ' jKAEm
7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 bQg:zww
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~ ?Qe? hB
7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 jjB~ G^n
7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 OhQgF
7 PLASTIC n`?aC|P2s
8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR gZ3u=uME
8 CC -0.98132904 _lJ!R:*
8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00 %A9NB !
8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^B.5G K)!
8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 c \J:![x
8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 `_Zg3_K.dS
9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000 36&e.3/#
9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195 B:yGS*.tu
9 CC -5.54999790 hB]Np1('
9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 @ su^0 9n
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 O'p9u@kc
9 CTE 0.600000E-04 ios&n)W&
9 GTB U 'ZEON480R ' KI iO
9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 a8e6H30Sm
9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ed{ - /l~j
9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 c ( f
9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ~]|6T~+]83
9 PLASTIC MO]F1E?X
10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR Af~$TyX
10 CC 0.92206943 ,GhS[VJjR
10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 iJ)_RSFK
10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 kYP#SH/
10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <y('h I'
10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 [B*x-R[FI
11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000 R6<X%*&%
11 CC -0.42284721 Z!a =dnwHz
11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 7dTkp!'X-
11 CTE 0.720000E-04 $ZhF h{DQ.
11 GTB U 'OKP4 ' 6m/r+?'
11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 + /4A
11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 a{'vN93
11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 I;,77 PxD
11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 [ :
n'k
11 PLASTIC t9GR69v:?
12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR ehGLk7@7&
12 CC -21.87743665 c)6m$5]
12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Gt8M&S-;
12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 >NGj
=L<
12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 U*rc d-@
12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ?8H8O %Z8
13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908 > y m,{EHK
13 CC -2.93101390 !]A
13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 &)#
ihK_
13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 jodIv=C
13 CTE 0.600000E-04 k{R>
13 GTB U 'ZEON480R ' IEL%!RFG
13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 <6%?OJhp
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 L Tm2G4+]
13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :;%2BSgFU
13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 p}}R -D&K
13 PLASTIC yM6pd U]i
14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR B {n,t}z
14 CC 16.95417460 _b
pP50Cu
14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 k $^UUo6
14 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 nSDMOyj+
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15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR :I.mGH!^
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另一种广角镜头： h"B+hu
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。 RN1y^`
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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 hk;5w{t}}
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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。 ?> 9/#Nv
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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。 d(ZO6Nr Q
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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。 R+hU 8 pu
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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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