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。 {.mngRQF
3sZ\0P}
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： 5l*&>C[(i
v/=}B(TDF
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。 hY8reQp1
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： 8Uxne 2e
=w0R$&b&
[attachment=120125] *CHX
< c/5b]No
0{ R=9wcc
镜头文件： |ZBI *
RLE l HX72 s|V
ID WIDE-ANGLE DESEARCH kMd.h[X~
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 f&
'
APS 5 VP]% Hni]
UNITS MM %84rL?S
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 "'\$
g[k
y'*K|a TG
0 AIR Tn m.A ?
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR 83q6Sv
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 #;nYg?d=
1 GLM 1.50000000 55.00000000 "9e\c;a
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR u.Dz~$T
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 JaGtsi9%.
3 GLM 1.50000000 55.00000000 H_Q+&9^/
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR }pu27F )&
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR @MCg%Afw
END `W*U 4?M
C~iL3C b
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。 CzEd8jeh7
lU8`F(Mn
CORE 16 [IhYh<i
DSEARCH 2 QUIET ^DwYOo 2B
USE CURRENT 5 ALL X}\:_/
d-dEQKI?;
GOALS 0 :Ol7
ELEMENTS 5 ) hfpwdQ
FNUM 2 1 |#
2.Q:&
BACK 10 SET BR yl4
STOP MIDDLE c\ l kD-\
STOP FREE ~ M4;
ASPH Q ?<'}r7D
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 "1 M[5\Ax
FOV .2 .4 .6 .8 1 ;;N9>M?b
DELAY OFF NHZz _a=
NGRID 6 ikiypWq
SNAP 10 Y`S vMkP)+
PLASTIC 5 7 9 11 13 dNe Vo|Y~h
!QUICK 30 40 wDe& 1(T^
ANNEAL 50 10 Q q5)O%l !
NPASS 50 | h#u^v3
END ]3.;PWa:
SPECIAL AANT V[Ui/M!9Z
ACC 10 1 1 Z}Ft:7
ACA 70 1 10 @r/n F5
LUL 90 .1 1 A TOTL
]-/VHh
END ckE-",G
GO u5f9Jw}
|4 0`B% Z
Z ba2d,8/
*YuF0Yt
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。 338k?nHxv
.jWC$SVR
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。 _.Uh)-y R
ZRU{ [4
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 VQ9/Gxdeo
lp%pbx43s
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。 sN01rtB(UT
*mvlb
(' &
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： ={@6{-tl
V{3x!+q
[attachment=120126] ok\vQs(a
K F!Yf\
,M
^<CJ
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 PP33i@G
R|87%&6']
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'yK~;+_9
S k\K 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。 -Cc^d!::
OU
$#5
由于我们改变了 YP0 的数量，目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果，但是现在我们必须把它放在那里。在 WS 编辑窗格中，我们输入 O.M>+~Nw
APS -9 #( 146
CSTOP 4yA+ h2
WAP 2 O`t&ldU
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 ]:k /Y$O2
^KT Y?
[attachment=120127] $1L> )S
hH 8oyIC
=wV<hg)C
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 Pw`8Wj
w ;:*P
[attachment=120128] j[J-f@F \Y
i#Bf"W{F
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。 (m( JK ^
B Qxs~
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料，再次优化和模拟退火。 Zaf:fsj>
.2Elr(&*h
再次运行 MRG，这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑胶。设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） 1FL~ndJs
2E) -M9ds
[attachment=120129] ZI}F om<
[attachment=120130] 0#Y5_i|p
%axh`xK#
C]`$AqKl
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。 i^Y+?Sx
RmeD$>7
[attachment=120131] o&)8o5
[attachment=120132] &>W$6>@
sW'AjI
bSi%2Onj
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。 cj|80$cSA
RLE W ]?G}Q;
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4 E ib5
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 a;qryUyG
FNAME 'DSEARCH004.RLE ' +R M SA ^
MERIT 0.617523E-03 hP kWCoQpq
LOG 4 b;W3 j
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 CMG&7(MR
APS -9 H0gbSd+
CSTOP li'YDtMKCY
WAP 2 J~ zUp(>K
UNITS MM dI@(<R
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887 Sc1 8dC0
v,{
:Ez(H
0 AIR 2 M#Q.F
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR GxI!{oi2
1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987 y@: h4u"3
1 GLM 1.582541321 69.489424800 / h H
2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR ):6 8%,
3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000 ~IfJwBn-i
3 GLM 1.862101561 32.759137271 j<99FW"@e
4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR "ESwA
5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017 (ybI\UI
5 CC 15.35107422 7cT~oV !G_
5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 *K6g\f]b #
5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ]7F=u!/`<C
5 CTE 0.650000E-05 2~1SQ.Q<RY
5 GTB U 'AD-5503 ' JPc+rfF
5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 k"T} 2 7
5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 rq/yD,I,
5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :bu/^mW[
5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 7{)G _?Q&
5 PLASTIC ?GoR^p #p
6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR %S@ZXf~:
6 CC -1.63833609 ,]ma+ (|
6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00 `iAF3:
6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 h-#6av :
6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 qo90t {|c
6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ?qLFaFt/
7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860 J!v3i*j\
7 CC -3.18613168 8 S: w7Hr
7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 hl7bzKO*w
7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 pMx*F@&nU
7 CTE 0.600000E-04 j9x<Y]
7 GTB U 'ZEON480R ' HZzD VCU
7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 7a =gH2]&
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 VgG0VM
7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 q PX ~@^`9
7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 e#L8X
{f
7 PLASTIC q #Z@+(^
8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR !N\ @'F!
8 CC -0.98132904 7 S#J>*
8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00 *v
jmy/3
8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 BOb">6C
8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 B 4c]}r+
8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 q1 $N>;&
9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000 ]_ mb 7X>
9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195 ';w#w<yaI
9 CC -5.54999790 $Uq|w[LA
9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 (Ft +uuG
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Ga-k
9 CTE 0.600000E-04 IXMop7~
9 GTB U 'ZEON480R ' jH5
k
9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ?K$(817
9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~NrG`
D}
9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -j# 2}[J7
9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 b(eNmu
9 PLASTIC {NmWQyEv
10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR KVoS
C @w
10 CC 0.92206943 ]}<}lI9
10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 4x=v ?g&
10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0r QMLx
10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 BM%e0n7
10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 I*: %ni2
11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000 u:6Ic)7'
11 CC -0.42284721 )Ys x}vS Z
11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 %~O,zs.2p
11 CTE 0.720000E-04 Maha$n*
11 GTB U 'OKP4 ' tVYF{3BhA
11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 e&|'I"
11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 XO>KZV7)
11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 e/KDw
11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 (R[[Z,>w.
11 PLASTIC WrnrFz
12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR !P2ro~0/
12 CC -21.87743665 *<$*"p
12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 8l>?Pv
12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 B?eCe}*f;B
12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 xeg/ A}yE
12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 -V*R\,>
13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908 x 77*c._3v
13 CC -2.93101390 >2y':f O
13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 QGMV}y
13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 pQyK={7?`
13 CTE 0.600000E-04 a
kk NI3
13 GTB U 'ZEON480R ' S*,17+6dV
13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 gl dAP:
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 po c`q5i+
13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 k%]3vRo<
13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 {X! r8i
13 PLASTIC prUN)r@U
14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR g T6z9
14 CC 16.95417460 :tc@2/>!O
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另一种广角镜头： F0m-23[H
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。 K6)Gc%:`
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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 N_LM/of|D
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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。 "6("9"
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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。 PioZIb/{
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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。 Ml`:UrU
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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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