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。 8h|M!/&2
~Rs#|JWB2V
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： 4U?<vby
' WQdr(
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。 PL@~Ys0
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： (? \?it-
?q _^Rj$
[attachment=120125] pz 7H To;p
1Dq<{;rWb
daslaa_A
镜头文件： MTb,Kmw<(
RLE :\b|dvI <
ID WIDE-ANGLE DESEARCH ~^&R #4J
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 C /G]v*MBQ
APS 5 :&qhJtGo
UNITS MM CbOCk:,g5
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 yHNuU)Ft
i5"5&r7r
0 AIR ydQ!4
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR J!hFN]M<<
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 i@5 )` <?
1 GLM 1.50000000 55.00000000 ! Z;T-3^.
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR hv>KX
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 X&a:g
3 GLM 1.50000000 55.00000000 +@ MPQv
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 4(=kE>n}
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR S/4r\6
END {,? ss$L
8[zb{PRu
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。 W;zpt|kAH
S`m,S4-eD
CORE 16 l!?yu]Yon
DSEARCH 2 QUIET *%!M4&
USE CURRENT 5 ALL 6Ps.E
#y 1Bx,
GOALS 7 Wl-n
ELEMENTS 5 B+] D5K
FNUM 2 1 yK1ie
BACK 10 SET $DebXxJw0l
STOP MIDDLE rp 's
STOP FREE a460 |w6
ASPH Q XF*.Jg]
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 D!F 2 l_
FOV .2 .4 .6 .8 1 gEw d &J
DELAY OFF VUtXx vH
NGRID 6 0[xpEiDx
SNAP 10 ])w[
PLASTIC 5 7 9 11 13 /_t|Dry015
!QUICK 30 40 \X|sU:g
ANNEAL 50 10 Q tfYB _N
NPASS 50 ; s|w{ .<:
END [A S}RV
SPECIAL AANT 8Pmdk1 ~
ACC 10 1 1 mwC=o5O
ACA 70 1 10 C <B<o[:H
LUL 90 .1 1 A TOTL $f$|6jM
END W)*p2 #l
GO AjkW0FB:1
}%TPYc
7
oQ[FdRn*
uO6{r v\
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。 ,"\@fwy{
R>/ NE!q
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。 3j Z6kfj
mr:CuqJ
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 W!T"m)S
M.q =p[
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。 d0'H DVd
LP];x3
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： ?K_
'@
*\G)z|^yx
[attachment=120126] p{D4"Qn+P9
Gl}Qxv #$
@-&MA)SN
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 7zemr>sIh
@ FO) 0
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。 RY 9V~8|M
p-GAe,2q
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。 5PT5#[
m
ci/'b Xt
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 KNLnn;l
APS -9 eE
GfM0
CSTOP n>>Qn&ym
WAP 2 %McE` 155
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。 O @V%Cu
ml`8HXK0
[attachment=120127] v \tEVhm
"A$!,
PX6
LJ)5W
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。 @#g<IBG=*
ar9]"s+'
[attachment=120128] 6!'3oN{
9h4({EE2t
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。 _tTN G2
9H-|FNz?c
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。 kE9esC 3
j>-gO,v, y
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） #X 52/8G
Eow_&#WW;P
[attachment=120129] " ,7 Q
[attachment=120130] R\@/U=iqR
&|3
$!S
nw>8GivO
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 npJt3
Y_I
J &pO%Q=b
[attachment=120131] SCvVt
[attachment=120132] 8_<4-<}P:
.qMOGb d?
p$ Ox'A4
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。 ~T&<CTh
RLE 'u4<BQVV[
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4 OxI/%yv-c
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 "j;4
k.`h
FNAME 'DSEARCH004.RLE ' Dn&D!B
MERIT 0.617523E-03 V=:'SL*3|
LOG 4 4RSHZAJg
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 vVE2m=!v
APS -9 Tq]Sn]CSP
CSTOP 91 =OF*w
WAP 2 =| 3f s7
UNITS MM & l3iV88
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887 Ag{i q (X
S S2FTb-m
0 AIR &?mD$Eo
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR Zt.'K(]2h
1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987 DxUKUE
1 GLM 1.582541321 69.489424800 QUu}Xg:
2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR "@ ?? Fw!
3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000 )+ :EJ H~
3 GLM 1.862101561 32.759137271 \" X! 2
4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR +L7n< U3
5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017 s2Mb[#:a"
5 CC 15.35107422 $2W%2rZ
5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 *:ZDd
5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 I 'V4D[H5
5 CTE 0.650000E-05 N5a*7EJv+
5 GTB U 'AD-5503 ' :2
*g~6
5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 x>Zn?YR,"
5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 .zi_[
5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ^J$2?!~
5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 i_j[?.?X}
5 PLASTIC R hncBKm*M
6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR e" St_z(
6 CC -1.63833609 O^oWG&Y;v
6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ^s|6vd;PD=
6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 D9
g#F f6
6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0 u;4%}pD
6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 a!=D [Gz*5
7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860 z6*X%6,8
7 CC -3.18613168 Wf|Q$MHos
7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 WA+iYLx@H
7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 R}O_[
7 CTE 0.600000E-04 *MKO
I'
7 GTB U 'ZEON480R ' "*In+ !K
7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 &J+CSv,39
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <
jJ
7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 gt@m?w(
7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 uG,5BV .M
7 PLASTIC f|\onHI)>
8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR f&Gt |
8 CC -0.98132904 be.*#[
8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00 W"k"I vTW}
8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <J) ]mh dm
8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 E7rDa1
8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 hb}+A=A=+
9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000 aDU<wxnSvO
9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195 =vX/{C
9 CC -5.54999790 qm/)ku 0
9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 N sXHO
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Q+[n91ey**
9 CTE 0.600000E-04 RoPRQCE
9 GTB U 'ZEON480R ' =l+yA>t|
9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 AE[b},-[
9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _852H$H\
9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 .P8&5i)'P,
9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 pFOx>u2`a
9 PLASTIC ;r<^a6B
10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR Ayxkv)%:@)
10 CC 0.92206943 *\
R ]NV
10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 !2%HhiB'
10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0XE4<U
10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Te"ioU?.
10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 GeH#I5y
11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000 >;e~ WF>+K
11 CC -0.42284721 ]Sf ]J4eQ
11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 KcWN,!G
11 CTE 0.720000E-04 wW>A_{Y
11 GTB U 'OKP4 ' J')o|5S1N
11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 @>,^":`#
11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 +r2+X:#~T
11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 f6hnTbJ
11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 |d{PA.@33
11 PLASTIC V?6a 8lJ
12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR -r `. #c4
12 CC -21.87743665 gb[5&> (#
12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 oH97=>
12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {$0mwAOH "
12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 %O|iE M
12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 C0T;![/4 A
13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908 Ni9/}bb
13 CC -2.93101390 slCx w$
13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Cio
1E-4
13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 -_=nDH
13 CTE 0.600000E-04 R0KPZv-
13 GTB U 'ZEON480R ' !|S(Ms
13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 }bb;~
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 L +b6!2O,
13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 I9|mG '
13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 G/)O@Ugp
13 PLASTIC n@<YI
14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR XWBA^|-N
14 CC 16.95417460 bQg c8/
14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 f z'@_4hg
14 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Z F!h<h&,
14 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 cN/6SGHK
14 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ^9v4O UG
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR 01 }D,W`
END n1Yp1"2b[
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另一种广角镜头： ` 'DmDg
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。 rDd oOb]B
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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 4>wP7`/+y
[attachment=120133] =Qy<GeY
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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。 T^zXt?
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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。 ( >LF( ll
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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。 9)l$ aBa
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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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