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。 0A,u!"4[
jDO"?@+
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： `6No6 .\J
4](jV}Hg
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。 j3-^,r
t4
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|q->2`o
j7 (S=
[attachment=120125] z9}WP$W
vtByC u5
3rxB]-
镜头文件： e(z'u A{!
RLE hL?"!
ID WIDE-ANGLE DESEARCH nB|m!fi<
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 n<)g S7
APS 5 OM Y^'g%w
UNITS MM 5~R1KjjvA
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 G?,b 51"
kndN} Vq
0 AIR kd=|Iip;(
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR vk j Hh.
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 1B0+dxN`
1 GLM 1.50000000 55.00000000 M#u~] ?hS
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR vY"i^a`f
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000
+|w%}/N
3 GLM 1.50000000 55.00000000 }J ^+66{
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR zObrp
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR l-gNJ=l+K
END n b30<h
2lu A F2
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。 d71|(` &
:Z R5<Y>
CORE 16 XU*4 MU^'
DSEARCH 2 QUIET v =]!Po&Q-
USE CURRENT 5 ALL /5wIbmz@I
#xoF cjRE
GOALS `9`T,uJe
ELEMENTS 5 ?*/1J~<(@
FNUM 2 1 /)J]m
BACK 10 SET SZVAf|]Yg
STOP MIDDLE 4(D1/8
STOP FREE PR2;+i3
ASPH Q mHB0 eB'l
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (:|rCZC
FOV .2 .4 .6 .8 1 5OM*NT t
DELAY OFF L!LhH
NGRID 6 TN=!;SvQU
SNAP 10 ~(x"Y\PEu
PLASTIC 5 7 9 11 13 >4G~01
!QUICK 30 40 dr gCr:Gf
ANNEAL 50 10 Q C@P*:L _
NPASS 50 `gX $N1(
END hRI?>an
SPECIAL AANT ^//`Dz
ACC 10 1 1 :>*0./hG
ACA 70 1 10 )qeed-{
LUL 90 .1 1 A TOTL TMG|"|
END 0x2[*pJ|IW
GO 18WJ*q7:
DEQ7u`6
>|rU*+I`
g kFw=Cd
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距。DSEARCH 允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如 BACK 10，程序会在末尾添加 YMT 求解并在 AANT 文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加 YMT 求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 J,D^fVIw
1a
t Q9
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 W690N&Wz
pC/13|I
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 :;URLl 0
uhvn1"
最后一点：我们在上面的输入中给出了 FNUM 请求的权重。如果我们不这样做，程序将通过 UMC 求解来控制 F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。通过在 FNUM 上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制 AANT 文件中的 F /number，而不是曲率求解。 +lhnc{;WJv
?_j ]w%Hz
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此 DSEARCH 文件。大约两分钟后我们看到了结果： 560` R>
ly::?
[attachment=120126] #: xv]qb`k
>9Z7l63+}
.c ]@xoC
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 )?<V-,D
.OZ\ s%h;
现在需要进一步改进设计。运行 DSEARCH 产生的优化 MACro，镜头的性能变化很小。 hiw>Q7W
EQVa8xt/C
现在必须检查视场的像质。 在 PAD 中，单击PAD工具栏中的“扫描”按钮，然后观察到靠近曲面9的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中，我们必须控制它。 6$&%z Eh
Zq{TY)PI]
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 }q=tg9
APS -9 X@ \ 9}*9
CSTOP ay,"MJ2
WAP 2 OjurfVw
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。 T-y5U},
5 "&=BD~D
[attachment=120127] |e91KmiqJ
30b dcDm,
,*Z/3at}5M
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。 2Ft#S8
A-l[f\
[attachment=120128] ,!QtViA7
/pL 'G`
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。 P-\65]`C
n um2HtU&%
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。 /Q2HN(Y
S{nBQB<
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） B=HE i\55K
3/Dis)
v8
[attachment=120129] h $#| s/
[attachment=120130] oA+'9/UY
W?yGV{#V(=
ri h@ (;)1
让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框，选择“视觉外观”，放大设置为5，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 kd OIL2T
M;s T+Z{
[attachment=120131] y3ST0=>j}
[attachment=120132] ,VZ<r5NT
5P[urOvV
{yM@3v ~
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 -/R?D1kOq
RLE )v %tyU
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4 7 b 8pWM
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 Lj1>X2.gD
FNAME 'DSEARCH004.RLE ' , S?M;n?z_
MERIT 0.617523E-03 zYEb#*Kar
LOG 4 q>m[vvt"
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 zKQXmyO
APS -9 p:xVi 0
CSTOP il7g k<
WAP 2 G|j8iV O
UNITS MM vk<4P;A(G
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887 #zg"E<
>g,i"Kg
0 AIR .q'{ 3
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR Hm]\.ZEy
1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987 IJBIO>Z/
1 GLM 1.582541321 69.489424800 cG! dMab(
2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR Muok">#3.
3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000 5UvqE _
3 GLM 1.862101561 32.759137271 Wb;D9Z
4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR 5}:`CC2,S~
5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017 Hd{@e6S
5 CC 15.35107422 s} oD?h:T3
5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 <%m$
V5h
5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Q+dLWFI
5 CTE 0.650000E-05 \vgM `32<
5 GTB U 'AD-5503 ' yK 0iW
5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Q1P=A:*]9
5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ?pV!`vp^{
5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _CG
ED{b@
5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 #,;Q|)AD:e
5 PLASTIC lbC9^~T +
6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR :_kZkWD5
6 CC -1.63833609 b5W(}ka+
6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00 7%5EBH &
6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 WNF#eM?[a
6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 T]2=
6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 TH*}Ja^/
7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860 n4 o}}tI
7 CC -3.18613168 "ed
A
7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 Jm,tN/o*
7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 $ t.M `:G
7 CTE 0.600000E-04 ?D=C8[NEX
7 GTB U 'ZEON480R ' c. }#.-b8
7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ~c@@m\C"b
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 N;*
wd<
7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 F_~A8 y
7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 KdC'#$
7 PLASTIC e,T^8_>
8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR xo#K_"E
8 CC -0.98132904 mj&$+z M>
8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00 QZFH>,d
8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 vAfYONU
8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Y/y`c- VO
8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 %nyZ=&u
9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000 uuYeXI;
9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195 -( 9TM*)O
9 CC -5.54999790 r\$`e7d}!
9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 " /d
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Uac.8w Qh
9 CTE 0.600000E-04 t<MO~_`!
9 GTB U 'ZEON480R ' _J>!K'Dz
9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 O# Ho08*Xn
9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 a=M/0N{!
9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 nRcy `A%
9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ISg-?h/
9 PLASTIC Z*YS7 ~
10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR 8BX9JoDi
10 CC 0.92206943 \ `|
10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 !%/(a)B$^$
10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,Gy2$mglB
10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 BB.120v&N
10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ^ >#@qMw
11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000 a2B9
.;F
11 CC -0.42284721 ex8 }./mjJ
11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 L@ `:mK+;
11 CTE 0.720000E-04 A5RM&y
11 GTB U 'OKP4 ' cq}i)y
11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 DtkOb,wY
11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 EXti
11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 eHU b4,%P
11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 vCn\_Nu;W&
11 PLASTIC @s|yH "
12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR [FeN(8hGS
12 CC -21.87743665 x]vyt}oCmk
12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 yHn8t]{
12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 s,-}}6WO
12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 >Zh^,T={G
12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 o&Y
R\BI/
13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908
/ ~pB_l
13 CC -2.93101390 R{q<V uN
13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 SyI i*dH
13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 W$:D#;jz`h
13 CTE 0.600000E-04 L
|
#"Yn
13 GTB U 'ZEON480R ' Tfw5i,{
13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 p d .5
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 o_cAelI[!
13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 B
!Z~ j T
13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 T2 /u7<D-
13 PLASTIC \o mfWWpK
14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR i: 7cdh z
14 CC 16.95417460 ]s` cn}d
14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 'W/ AYF ^5
14 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 UH#S |o4
14 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 q0(-"}2l
14 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 C^*}* hYk$
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR $LOf2 kn
END lQG;WVqW
_g6H& no[
另一种广角镜头： 2C#b-Y 1~N
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。 `Wp y6o
j){0>O.V
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 t LM/STb6
[attachment=120133] U\dLq&=V
;up Yam"
q m"AatA
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。 +HoCG;C{
GP_%. fO\M
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。 bRI `ZT0
7A{,)Y/w ^
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。 $|7;(2k
nBzju?X)I
除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。
|