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。
=JfSg'7 }WEF*4B! 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:
s[#ww
=T\ d^ZrI\AJ 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。
G~KYFNHr 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:
fm&pxQjg l|5;&(Y+s
\I
#}R4z *1CZRfWI
0=V
-{ 镜头文件:
d{:0R9 RLE
|7%#z~rT ID WIDE-ANGLE DESEARCH
i'`[dwfS WAVL
.6562700 .5875600 .4861300 R/?ZbMn]! APS 5
lq}g*ih UNITS
MM G2!J`} OBD
1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 Or,W2 \cW9"e' 0 AIR
q@Oe} 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR
ayh=@7* 1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000
l&oc/$&|[ 1 GLM 1.50000000 55.00000000
J3,m{%EtNM 2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR
s|d"2w6t 3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000
! ,&{1p 3 GLM 1.50000000 55.00000000
E>Lgf&R#W 4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR
,@0D_&JAl 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR
\TnRn(Kw END
F7 IZ;4cp a/dq+ 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。
m\e?'-(s EiCEB;*z|d CORE
16 <T+{)FV DSEARCH
2 QUIET XWv;l) USE CURRENT 5 ALL
%2^wyVkq: QI*<MF,1 GOALS
Qkb=KS%z ELEMENTS 5
$ uqB.f$ FNUM
2 1 vfloha p BACK 10 SET
aDZ] {; STOP
MIDDLE oxXCf%! STOP
FREE Q Zv}\C-c ASPH Q
I@q(P>]X9 ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
a<CACWsN.T FOV .2 .4 .6 .8 1
Q%n$IQr4gM DELAY OFF
*:V+whBY NGRID 6
12HE= SNAP
10 M*2
Nq=3 PLASTIC 5 7 9 11 13
SaSj9\o !QUICK 30 40
/MZ^;XG ANNEAL
50 10 Q )%vnl~i! NPASS 50
W.Z`kH *B END
7mtX/w9 SPECIAL
AANT M$U Zn ACC
10 1 1 a9y+FCA ACA
70 1 10 tQ(4UHqa~ LUL
90 .1 1 A TOTL Nx=rw h END
]8CgHT[^7 GO
{3!E8~ 6os{q`/Q]) 20cEE> |&U{
z? 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。
I'0{Q`} C1o^$Q|j 要求最大元件厚度为10毫米,总长度小于90毫米,以保持合理。 此外,我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则,对于像这样的大角度,可以在全视场获得掠入射光线,由于膜层问题,这是不切实际的。
Fx )BMP
{[dY$
请注意,在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。
KvXFzx|A 3@\J#mR
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。
R*DQLBWc hGJANA 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:
Z7p!YTA FaQc@4%o
tn}MKo I&;9
;b!qt-;.< DSEARCH 发现了10种最佳设计,其中大多数非常好。
+
f,Kt9Cy ]i\;#pj} 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。
%S/?Ci ZdgzPs" 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。
Q)=LbR{# Vrs?VA`v$ 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
g
cb6*@u! APS -9
0+F--E4 CSTOP
U=PTn(2 WAP 2
yt<h!k$ _P 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。
GglGFXOL- LkXho>y
wKKQAM6P1 &%m%b5
#mkf2Z=t- 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。
EB VG@ :0Z\-7iK
< n/ 2 </2 aQn 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。
Ub/ZzAwq 1!NrndJ I 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。
%77uc9} aK/fZ$Qc 再次运行 MRG,这次选择 Ohara 目录。该程序现在匹配前两个元件,即玻璃,而不是塑胶。设计与以前一样好,如图6所示。(L41L1)
&f2:aT) }(7TiCwd
~;#sj&~
K&eT*JW> E+lr{~
W/g_XQ 让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框,选择“视觉外观”,放大设置为5,然后单击“执行”。结果,在图8中,在整个视场上几乎是完美的。
4:5M,p m`}mbm^
5XV|*O;
S=\cF,Zs [:uHe#L
<Zvvx 对于那些可能想要进一步评估此镜头的人,RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。
LosRjvQ: RLE
d0-4KN2 ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4
tQas_K5 ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12
@JGFG+J} FNAME 'DSEARCH004.RLE '
5RAhm0Op~. MERIT 0.617523E-03
-K3d u&j LOG 4
YmOj.Q& WAVL .6562700 .5875600 .4861300
fv k(eWB APS -9
k||dX(gl CSTOP
S`$%C=a. WAP 2
|1zfXG,R UNITS MM
*<X1M~p$ OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887
)K$YL='kX Lq;T\m_de 0 AIR
L^*f$Balz 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR
U8J9 #+: 1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987
v>j,8E 1 GLM 1.582541321 69.489424800
eL~3CAV{ 2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR
&>]U c%JK 3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000
uVKe ?~RC 3 GLM 1.862101561 32.759137271
#:By/9}- 4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR
V:>r6 5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017
un4fnoc 5 CC 15.35107422
6Ia HaV+P 5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576
y0`;
br\X 5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01
FvY=!U06 5 CTE 0.650000E-05
dNhbvzl( 5 GTB U 'AD-5503 '
L]8z6]j* 5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00
7B=VH r 5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
AwjXY,2 5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
,SidY\FzH 5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
cc3B}^@p= 5 PLASTIC
TY'c'u, 6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR
c BZ,"kp- 6 CC -1.63833609
9cHo~F|ur 6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00
AO>b\,0Me 6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
g$^-WmX\m 6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
Vjs'|%P7 6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
}dpTR9j= 7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860
wU>Fz* 7 CC -3.18613168
g(W+[kj) 7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386
1G7l+6w5~^ 7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01
Le:C8^ 7 CTE 0.600000E-04
?'Hd0)yZ 7 GTB U 'ZEON480R '
^8_yJ=~V 7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00
2|=hF9
7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
jLM([t 7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
sv?Fx;d 7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
7P<f(@0h$E 7 PLASTIC
ZnRT$ l O 8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR
"+T`{$Z=C 8 CC -0.98132904
|T@SlNi] 8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00
) WbWp4 8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
J@2wPKh?Yp 8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
@fYVlHT%E 8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
51b%uz 9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000
NLY=o@< 9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195
X!K> .r_Dg 9 CC -5.54999790
""jW'%wR 9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386
Qv5fK 9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01
N|$9v{ j_ 9 CTE 0.600000E-04
8T9s:/% 9 GTB U 'ZEON480R '
:`zO%h 9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00
xi(1H1KN5B 9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
Fz';H 9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
3 a.!9R> 9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
zmGHI!tP 9 PLASTIC
F5RL+rU(h 10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR
't}\U&L.{ 10 CC 0.92206943
lUB?eQuN_ 10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00
<O
0Q]`i 10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
/uX*FZ 10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
Y4HN1 10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
j!>P7 8 11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000
OQ hQ!6 11 CC -0.42284721
:Q> e54]'& 11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862
'k[qx} 11 CTE 0.720000E-04
dh7`eAMY 11 GTB U 'OKP4 '
#| _VN %! 11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00
KCyV |,+n 11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
QR#>Ws 11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
XJ\R'?j 11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
x
C&IR* 11 PLASTIC
88v8lt;R 12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR
9GH5 12 CC -21.87743665
s{Qae=$Q 12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00
[oVM9Q 12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
H5x7)1Ir| 12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
__'4Qt 12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
>-I <`y-H 13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908
ih".y3 13 CC -2.93101390
@!fUp
b 13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386
XQ}J4J~Vm 13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01
iVn4eLK^v 13 CTE 0.600000E-04
W+!UVUpW 13 GTB U 'ZEON480R '
XqmB%g( 13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00
'JMW.;Lh?X 13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
g=$U&Hgs 13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
g77M5(ME 13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
6/S.sj~ 13 PLASTIC
o@zxzZWg 14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR
9y*] {IY 14 CC 16.95417460
d j\Z}[ 14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00
FSA%,b;U 14 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
bwXeEA@{ 14 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
5q0L<GOrj 14 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
b!@PS$BTxq 15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR
1z8"Gk6 END
4tZ *%!I' adP :{j 另一种广角镜头:
gUru=p 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。
/>S^`KSTM jG[Vp b 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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gPKf8{#%e 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。
8<C*D".T$ c9-$^yno 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。
%i9 e<.Ot qS+;u`s 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。
T%eBgseS 8D )nM| 除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外,您还可以尝试其他方案。