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。 )heHERbJ
&49WfctT
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： ZLdIEBi=
qQ6@43TC
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。 jSRi
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：
]!N=Z
}LD
|`s:&<W+kp
[attachment=120125] r .
(}
}B! io-}
v(=0hY9
O
镜头文件： 2-W y@\
RLE %o{IQ4Lz#
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 6j+X@|2^
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 zSu,S4m_;
APS 5 ? STO#<a
UNITS MM ~jmI`X/
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 H
SGz-
s&<76kwl
0 AIR k g Rys
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR jzZ]+'t
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 N8x.D-=gG
1 GLM 1.50000000 55.00000000 %tZrP$DQ
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR Z LPj1L
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 ]*Q,~uV^|
3 GLM 1.50000000 55.00000000 l4(FM}0X5}
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR };EB[n
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR {^^LeUd#V
END 4\g[ &
]mUt[Yy:z
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。现在创建 DSEARCH 输入 MACro。 6l &!4r@}
i1A<0W|
CORE 16 b!`Ze~V
DSEARCH 2 QUIET Jf\`?g3#
USE CURRENT 5 ALL wu &lG!#
s.n:;8RibP
GOALS L/I ]
NA!U
ELEMENTS 5 =6i+K.}e
FNUM 2 1 !c-MC|
BACK 10 SET +DR{aX/ll
STOP MIDDLE H*P+>j&
STOP FREE AZA5>Y
ASPH Q (I'{
pF)
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 inZ0iU9dy
FOV .2 .4 .6 .8 1 \ pTv;(
DELAY OFF dK,=9DQy5
NGRID 6 2;3&&yK2b
SNAP 10 YnW9uy5
PLASTIC 5 7 9 11 13 3Co1bY:
!QUICK 30 40 qPWf=s7!
ANNEAL 50 10 Q 5p5"3m;M7
NPASS 50 W
tHJG5
END [z+YX s!N
SPECIAL AANT _x#y
ACC 10 1 1 k B4Fz
ACA 70 1 10 Q2* 8 c$
LUL 90 .1 1 A TOTL jG)66E*"
END J$s p6 g>K
GO \Y!=O=za]
Q)qJ6-R|HD
M"u=)CT
B,%KvL&xMX
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。 !|]k2=+I
(n jTS+?
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。 pv&iJ7RN
#F2DEo^0
请注意，在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。 = MD)F
?hR0
MnP
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。 NLY f
b9 li
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： "wKJ8
I,,SR"
[attachment=120126] g}K/ba'
gm8Jx hL
.h4Z\R`
DSEARCH 发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 E?|NYu#I6
@,6*yyO
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。 #UI`+2w
\yxGE+~P
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。 4e;
le&
R[fQ $` M
由于我们改变了 YP0 的数量，目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果，但是现在我们必须把它放在那里。在 WS 编辑窗格中，我们输入 },Grg~l
APS -9 W_Y56@7e
CSTOP EM +! ph
WAP 2 0/fZDQH
来在表面9上放置一个真正的光阑。然后我们从 PANT 文件中删除变量 VY 0 YP1，修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。 ]VtP7 Y
5nceOG8
[attachment=120127] uk,9N
Zu4CFX-4
xS+xUi
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。打开 MRG 对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击 OK。镜头材料现在是真正的塑胶材料。 I 69Z'}+qz
!bnnUCTb\
[attachment=120128] D+ jvF
H$Pf$D$
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:{L fQ
V$Oj@vI
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。 4 2-T&7k
rwh 4 /h^S
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） OPqhdqo
",,. xLI7
[attachment=120129] ; 4/ n~
[attachment=120130] [O!/hppN
6U%d3"T
k*F9&-rtN
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。 !,5qAGi0
'}(Fj2P79
[attachment=120131] $-!7<a-
[attachment=120132] 6Rq += X
aYHs 35
^"vmIC.h
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。 EU H9R8)
RLE ^( 7l!
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4 pI>GusXg
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 Tkp"mT
v?<
FNAME 'DSEARCH004.RLE ' <pS#wTsN4%
MERIT 0.617523E-03 cSG(kFQ
LOG 4 fL SDt(c',
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 0 %IZ -])
APS -9 oq1wU@n
CSTOP h2:TbQ
WAP 2 <+b~E,
UNITS MM PG|Zu3[
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887 78?{;iNv
>Kl_948
0 AIR =_Z.x&fi
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR p_apVm\t_
1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987 >Apa^Bp
1 GLM 1.582541321 69.489424800 fJ\ u 8
2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR Z 7e"4w A
3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000 ]lE5^<<
3 GLM 1.862101561 32.759137271 Cgf4E{\U!
4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR I\ j-
5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017 6ZjY-)h
5 CC 15.35107422 Tpkt'|8
5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576 i-dosY`81
5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 XQ}7.u!
5 CTE 0.650000E-05 07ppq?,y
5 GTB U 'AD-5503 ' r ]~]-VZ/
5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 v6=X]Ji{YA
5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3qV\XC+
5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Uz]=`F8
5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 /~+Fzz
5 PLASTIC RcO.1@2
6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR eU]I ! pI<
6 CC -1.63833609 f&] !;)
6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ~ySsv
6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -G=.3
bux
6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 F ^}d>2W(
6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 lC
d\nE8G
7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860 0}9j l
7 CC -3.18613168 .&>3nu
7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 1h )K3cC
7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 h OdU%
7 CTE 0.600000E-04 $" 0`2C
7 GTB U 'ZEON480R ' wg:\$_Og
7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ?D_}',Wx
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7c@5tCcC-
7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 YNp-A.o
W@
7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ?TmVLny
7 PLASTIC I0^oaccM
8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR {q;_Dd
8 CC -0.98132904 bI V9cpW
8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00 [~n |R Oo
8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $8 [JL \
8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 r,L`@A=v
8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Zu2
$$_+L
9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000 rQp Q qBu
9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195 s]D1s%Mx
9 CC -5.54999790 YelF)Na
9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 ' S=eW_ 0/
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 6 eNBld P!
9 CTE 0.600000E-04 rQPO+
9 GTB U 'ZEON480R ' r& :v(
9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 rvb@4-i>iI
9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 [V5,1dmkI
9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 '3E25BsL
9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Pb59RE:7V
9 PLASTIC 9wdX#=I
10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR lJS3*x#H
10 CC 0.92206943 a% /x
10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 *WWDwY@!u
10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 G('UF1F
10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 b%VZPK A;
10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Q} g"pl
11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000 f67pvyy -
11 CC -0.42284721 /c7jL4oD
11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862 V[7D4r.j
11 CTE 0.720000E-04 v\}{eP'
11 GTB U 'OKP4 ' <jL L2-5r0
11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 UyDq`@h
11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 8Qkwg]X
11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _+%p!!
11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 jd}~#:FUr*
11 PLASTIC ,V;HM F.
12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR :n?rk/ F
12 CC -21.87743665 z07:E>D]
12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 aQj 6XG u
12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \GGyz {i
12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 xp]9Z]J1l
12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 ~O3VX75f
13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908 @CC
6 ` D
13 CC -2.93101390 %V# ? 1{
13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386 @U =~ c9
13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 $vn x) #r3
13 CTE 0.600000E-04 Z)}2bJwA
13 GTB U 'ZEON480R ' g}*p(Tp9:
13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00 OA[fQH#{lX
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2>Qy*
13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ]tmMk7
13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 `?"r\Qo<
13 PLASTIC =n8M'
14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR : T qeVf
14 CC 16.95417460 nM99AW
14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00 (/!zHq
14 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 iD>H{1 h
14 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 q 'uGB fE.
14 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 Y&$puiH-j
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR m RC
END s/P+?8'9
:fnK`RnaQ
另一种广角镜头： <s'0<e!./t
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。 = L{-Hu/j
1buO&q!v n
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 z<9Llew^e
[attachment=120133] -Q%Pg<Q-#
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IL"N_ux~w~
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。 "2PT]!
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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。 }gd'pgN"t
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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。 ,z> w^_
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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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