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。
+5I'? _{V KaS*LDzw 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:
Cg%Owe/E?0 2hso6Oy/v{ 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。
DfU= i'R 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:
kP/<S<h,g GVu[X?q@|
D5({&.X[- .fhfb\$
D|<_96_m 镜头文件:
YlT&.G RLE
F(Zf=$cx ID WIDE-ANGLE DESEARCH
g.blDOmlc WAVL
.6562700 .5875600 .4861300 O"kb*// APS 5
?(Tin80=r UNITS
MM J %B/(v` OBD
1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 JUj.:n2e ^!i4d)) 0 AIR
i `p1e5$ 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR
BB9eQ:
xO 1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000
)*6 1 GLM 1.50000000 55.00000000
g:xg ~H2 2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR
5-k gGOt 3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000
f%1\1_^g 3 GLM 1.50000000 55.00000000
Anpp`>}N 4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR
trjeGSt& 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR
|+JO]J#bc END
J7oj@Or9 Zn40NKYc 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。
F7w\ctUP Z+EZ</'(a CORE
16 wS?K c^2O DSEARCH
2 QUIET ;;rx)|\<R USE CURRENT 5 ALL
{~R?f$}""j z.\\m;s GOALS
VPuo!H ELEMENTS 5
>Di`zw~ FNUM
2 1 8tf>G(I{ BACK 10 SET
&e3}Vop STOP
MIDDLE 1:M'|uc STOP
FREE K4E2W9h ASPH Q
UHTxNK@} ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
kB5y}v.3 S FOV .2 .4 .6 .8 1
z#|Auc0 DELAY OFF
hH-!3S2' NGRID 6
>Wx9a"H^( SNAP
10 .YH#+T' PLASTIC 5 7 9 11 13
wv\"(e7( !QUICK 30 40
r3OtQ ANNEAL
50 10 Q Xkx&'/QG,U NPASS 50
,1!Y!,xy END
qJK9C`T% SPECIAL
AANT qzHsqlof ACC
10 1 1 k\/es1jOEh ACA
70 1 10 |a /cw" LUL
90 .1 1 A TOTL Uvi@HB HJ END
LV0gw" GO
P@n
rcgM. Rf>V]R p<Tg}fg BVH)!]m0 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。
.{bT9Sc5 ?;(!(<{ 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。
i!JSEQ_8 @Xh8kvc81 请注意,在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。
/Jc^XWf Po\+zZjo 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。
B%))HLo' @8:c3(! 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:
YY7dw:>e/ [5M! '
K7(GdKZe X.q#ZpK
eUgKwu; DSEARCH 发现了10种最佳设计,其中大多数非常好。
m{lS-DlRg -W})<{End 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。
AI9=?X<kh ]i
`~J 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。
#0#6eT{- 8jLO-^X<< 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
NB( GE APS -9
RzLeR%O CSTOP
Av/y WAP 2
q^@*k,HG 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。
Lr"`OzDz 1'k,P;s
(t,|FkVLV *iPBpEWC
IY(;:#l 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。
:ZM=P3QZ ,qdZ6bv,]|
Ye>+ J+hifO 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。
(1Jc-` .
vea[ 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。
G#'G9/Tm AIA4c"w.EO 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)
pSpxd|k {UhpN"'"n
&23t/`
2&F H8 `M_w^&6+n
2-"`%rE 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。
cn_ *,\} FvBnmYnW
h&bs`
6~8dMy;w !t&C,@Ox
<L3ig%#B 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。
twPD'X!r RLE
6wyhL-{: ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4
xn7bb[g; ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12
jouT9~[L' FNAME 'DSEARCH004.RLE '
7I {rhA MERIT 0.617523E-03
Ymg,NkiP0 LOG 4
gAy"W$F WAVL .6562700 .5875600 .4861300
X.ZY1vO APS -9
~NO'8Mr CSTOP
"I[uD)$ WAP 2
V"sm+0J UNITS MM
7!8R)m^1[ OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887
TJ(vq] |& 6J\A%i 0 AIR
\YF'qWB 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR
]B-3Lh 1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987
T4"*w 1 GLM 1.582541321 69.489424800
YR68'Sft[ 2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR
t3aDDu 3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000
+0n,>eDjg^ 3 GLM 1.862101561 32.759137271
dv\aP 4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR
`[.4SIah 5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017
xy<)zKp 5 CC 15.35107422
Jd/XEs?<q 5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576
CLY>M`%?+p 5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01
3=kw{r[2lM 5 CTE 0.650000E-05
!X/O1PM| 5 GTB U 'AD-5503 '
*
n>YS 5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00
N< 7 5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
14rX:z 5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
17;qJ_T) 5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
gS^Y? 5 PLASTIC
o_%gFV[q 6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR
=doOt 7Rj 6 CC -1.63833609
%KmhR2v 6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00
^o6&|q 6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
F%e5j9X` 6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
n%:&N 6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
#jR1ti)p 7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860
Ng<oz*>U 7 CC -3.18613168
H=7Nh6v 7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386
-Mufo.Jz1o 7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01
}h_=
n> 7 CTE 0.600000E-04
-#"7F:N1 7 GTB U 'ZEON480R '
Z "g6z#L& 7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00
bmGtYv 7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
AoN|&o 7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
7W\aX*] 7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
E,:E u< 7 PLASTIC
u}IQ)Ma 8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR
sBm/9vu 8 CC -0.98132904
WCZeY?_^c 8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00
RkXW(T` 8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
N"o+;yR 8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
Q?TXM1Bp 8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
8n)3'ok 9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000
gpzZs<ST 9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195
)Aa
h 9 CC -5.54999790
5!^DKyw: 9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386
*%`jcF 9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01
7`Bwo*Y 9 CTE 0.600000E-04
?513A>U 9 GTB U 'ZEON480R '
/ :@X< 9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00
|9cSG),z 9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
Gf1O7L1rX 9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
66s h r 9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
`tZ`a 9 PLASTIC
"jG-)k`a 10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR
04cNi~@m 10 CC 0.92206943
~`Xu6+1o 10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00
ac??lHtH9 10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
8|iMD1 10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
0vm}[a4+i; 10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
>On"BP# U 11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000
[E/}-m6g 11 CC -0.42284721
^L;k 11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862
v"a.%"oN8 11 CTE 0.720000E-04
gR:21*&cz 11 GTB U 'OKP4 '
!2Q> 11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00
;0`p"T0 11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
a2N4Jg@ 11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
koAM",5D 11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
fnm:Wa|,%| 11 PLASTIC
xg2
& 12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR
bP ,_H 12 CC -21.87743665
E)7ODRVbl 12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00
:},/D*v 12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
F"M$ "rC] 12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
!%{s[eO\ 12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
3V`.< 13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908
hu+% X.F4 13 CC -2.93101390
pe1 _E
KU 13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386
oPA
[vY 13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01
19t' 13 CTE 0.600000E-04
8^Ov.$rP 13 GTB U 'ZEON480R '
az2CFd^M 13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00
{Qla4U 13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
a\PvRW*I 13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
SZm)`r\A 13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
c_r&)8 13 PLASTIC
W^^}-9 14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR
!bi}9w 14 CC 16.95417460
zUhJr$N$ 14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00
XiB]I5(hcc 14 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
g6. =(je 14 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
aab?hR 14 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
s *B-| 15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR
@GiR~bKZ END
4U*uH HjFY>(e 另一种广角镜头:
k5@_8Rc 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。
tyLR_@i%% <C'S#5,2 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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|e@Bi#M[ Nh[{B{k
(Q$]X5L 本例中,搜索统计显示,待分析的128例中,共有59例由于光线追迹失败而跳过。如果在不带WAC参数的情况下运行这个宏,程序将跳过128种情况中的125种。不要跳过用例总是一个好主意,因为有希望的配置可能会被错过。当你用 DSEARCH 搜索最佳镜头设计时,WAC参数是你可以尝试的另一个参数。
.ZxH#l _ H?=D, 镜头仍然需要额外的工作,正如之前所做的,但重点是,有了这个稍微减少的视场角,工作更简单,不需要像我们上面做的那样对前端元素进行初步的计算。
oEWx9c{~$ ?Ze3t5Ll 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。
!I? J^0T ,j ('QvavJ 除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外,您还可以尝试其他方案。