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。 a5a
;Fp
VfnL-bDGV
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： uo:RNokjJ
%'2P4(
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。 Jf^3nBZ
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： zEQ]5>mG
^tw yy9VR
[attachment=120125] /X}1%p
N.|F8b]v
;}B= g/C
镜头文件： 5wK==hZ
RLE N_%@_$3G]
ID WIDE-ANGLE DESEARCH _H| )g*]t
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 d6i}xnmC
APS 5 6i/unwe!`)
UNITS MM rZUTBLZ`j
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 re/-Yu$'
%`C e#b()'
0 AIR @&*TGU
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR 5gz ^3R|`f
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 bJ2-lU% ;2
1 GLM 1.50000000 55.00000000 1j2U,_-
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR @]Q4K%1^"
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 ?q!4 REM
3 GLM 1.50000000 55.00000000 PMQTc Q^
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR :!i=g +e]
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR `xM*cJTZ
END %|j S`kj
a^_K@
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。 r/h\>s+N
4" ?`p;{Z
CORE 16 _a&gbSQv
DSEARCH 2 QUIET b dr E2m
USE CURRENT 5 ALL c& ;" Y{
)CXlPbhY?
GOALS x8lBpr
ELEMENTS 5 [n9l[dN
FNUM 2 1 F=F84 _+K
BACK 10 SET ZK4V-?/[6
STOP MIDDLE L,zx\cj?z
STOP FREE *)[fGxz
\
ASPH Q SU%O \ 4Ty
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 5Sl"1HL
FOV .2 .4 .6 .8 1
Gs#9'3_U5
DELAY OFF |QS|\8g{0V
NGRID 6 PTHxvml
SNAP 10 g9C-!X-<T
PLASTIC 5 7 9 11 13
s( _z1
!QUICK 30 40 C
b'|
ANNEAL 50 10 Q ^ E%R5JN
NPASS 50 9DBX.|
END QFTiE1mGH
SPECIAL AANT :h,}yBJ1L
ACC 10 1 1 U<Oc&S{]*
ACA 70 1 10 2IJniS=[>
LUL 90 .1 1 A TOTL zd$'8/Cq
END J@_M%eN
GO &zYQ H @
J5 a8U&A
"1|g eO|
+At [[
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。 $.C \H,H
F qyx vL.
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 jJ"(O-<)D
d/GS G%zB
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 (6c/)M H
.XpuD,^;@
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 f)vnm*&-
Ft;x@!h %
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： mBIksts5 h
i:Y5aZc/Ds
[attachment=120126] %nJo :/
UR'v;V&Cb\
fFEB#l!oUb
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 T T 3 6Y
m
+A4 aQ9
现在需要进一步改进设计。运行 DSEARCH 产生的优化 MACro，镜头的性能变化很小。 i^WY/ OhL
( x%
4*
现在必须检查视场的像质。 在 PAD 中，单击PAD工具栏中的“扫描”按钮，然后观察到靠近曲面9的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中，我们必须控制它。 1.%|Er 4
m p_7$#{l
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 WBKf)A^S
APS -9 ;Q3[} ]su
CSTOP BZLIi
O
WAP 2 I_#5gq
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。 = ~s+<9c]
r5[pT(XT]
[attachment=120127] t=eI*M+>h
nh7_
jEX
~%lUzabMa
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。 [qY yr
NPv.7,
[attachment=120128] {KDN|o+%
I[r R-4.F]
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。 z\FBN=54z
C - ORI}o
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。 d@^%fVhG
El TB{C>u
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） %qsl<_&
6wT ])84
[attachment=120129] Z@Q/P (t
[attachment=120130]
&I -T
(z;lNl(*C
1mHS -oI9J
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。 G8' {nPA~
]' n4 e*
[attachment=120131] 3ouy-SQ
[attachment=120132] ;jx[ +
N,B!D~@
%Un wh1VG
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。 a:GM|X
RLE c ?<)!9:
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4 iM7 ^
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 W=g'Xu!|!2
FNAME 'DSEARCH004.RLE ' f.j<VKF}
MERIT 0.617523E-03 yX*$PNL5w
LOG 4 3st?6?7|
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 [QM N0#(h
APS -9 zqt%x? l
CSTOP Nk7=[y #z
WAP 2 mVS^HQ:
UNITS MM I%:? f{\
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887 _'G'>X>}WU
mw^ >dv?
0 AIR \7h>9}wGf
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR ]5@n`;&#.
1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987 $;(@0UDE
1 GLM 1.582541321 69.489424800 hMz)l\0
2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR /?
d)01
3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000 [X /s^42
3 GLM 1.862101561 32.759137271 @J>JZ7m]\
4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR g - !
5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017 &Qv HjjQ?u
5 CC 15.35107422 aso8,mpZuA
5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 7jxx,#I:
5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 o+8H:7,o'
5 CTE 0.650000E-05 9fs-|E[ 5
5 GTB U 'AD-5503 ' SAitufS
5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 4 7mT
5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :J @3:+sr
5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 QEut@L
5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 T(Yp90'6
5 PLASTIC LibQlNW\
6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR 6`6 / 2C$%
6 CC -1.63833609 }pf|GdL
6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00 qAd=i0{N
6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 9MO=f^f-
6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 o_b3G
6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 U8N X%*oW
7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860 Y+),c14#
7 CC -3.18613168 /;}% E
7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 g yV>k=B
7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 h*40jZ
7 CTE 0.600000E-04 Gt?l 2s
7 GTB U 'ZEON480R ' k18v{)i~
7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 |,=^P` #%
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :
qK-Rku
7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 hi$AZ+
7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 M?My+ o T
7 PLASTIC #Ff8_xhP 2
8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR ?B e}{Qqlg
8 CC -0.98132904 }[lP^Qs
8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Ua:@,};
8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {Ak
4G L
8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 g-UCvY
I
8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 i\^4EQ
9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000 <)!,$]S
9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195 {K"hl u[
9 CC -5.54999790 ))Z>$\<:
9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 '@@!lV
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 w1-P6cf
9 CTE 0.600000E-04 L~;(M 6Jp
9 GTB U 'ZEON480R ' ff R%@
9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 JN9>nC!Zy_
9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 .QKyB>s
9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 R3a}YwJFXF
9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 <B 0 f
9 PLASTIC JrY*K|YdW
10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR Mh~}RA"H
10 CC 0.92206943 T_D] rMl
10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ILAn2W
10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 a,S;JF)v
10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,>b>I#{
10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 NNbdP;=:u
11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000 ]OdZlZBsJ
11 CC -0.42284721
&qdhxc4
11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 `vOL3`P
11 CTE 0.720000E-04 7mdd}L^h
Z
11 GTB U 'OKP4 ' 6MY<6t0a
11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 M$Z2 "F;
11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -j ]k^
11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 pk.\IKl G]
11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 7p Y :.iVO
11 PLASTIC ^s 7!F.O C
12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR mrnPZf i
12 CC -21.87743665 J=$\-
12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 YcDKRyrt
12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 G'G8`1Nj
12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :yD>Tn;1
12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 V+lF|CZb5
13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908 h,m 90Hd+
13 CC -2.93101390 -c0ypz
13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 7g"u)L&32
13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 KsOWTq"uj
13 CTE 0.600000E-04 1] ~w?)..'
13 GTB U 'ZEON480R ' v
'+]T=
13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 W!? h2[
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 U3V5Jo r#
13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 %Rn*oV
13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 HVHv,:bPo
13 PLASTIC I@9'd$YY
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另一种广角镜头： I!S Eb
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。 PT6]qS'1
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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
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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。 a ^p#M
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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。 !o /=,ZIx
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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。 c[,h|~K/_?
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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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