设计一个超广角的镜头:SYNOPSYS 光学设计软件
Z^AACKME 我们经常被问及使用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,则很可能没有任何候设计可以工作,原因很简单,没有光通过。 DSEARCH可以纠正某些光线故障,但通常无法优化此类系统。 所以你会怎么做? }abM:O
"Y 在这种情况下,有一个相当简单的方法可以很好地起作用:粗略地画出一个简单的前端,将光束转换成一个角度较小的光束,然后从那里出发,用USE CURRENT声明该部分。这是一个例子: +"a .,-f! 我们想要一个半场角为92.4度的镜头, F / 2.0。 我们将制作塑料材料制作透镜,这可以是非球面的。 首先,我们必须创建一个可追踪的前端。 -lyT8qZ:( 我们进入一个带有两个镜头的简单系统,并指定用于广角的物体类型OBD,并在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,给出元件一些反向的光焦度,并将它们向右弯曲。 当看起来效果很好时,我们增加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:  S@zsPzw RLE `ejE)VL=8h ID WIDE-ANGLE DESEARCH rZZueYuXO WAVL .6562700 .5875600 .4861300 'u$$scGt APS 5 o\8yYX UNITS MM HW{osav9 OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 k:<yy^g$X 8|?$KLz?F> 0 AIR lx~!FLn 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR APuG8
<R, 1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 ]xA;*b;|h 1 GLM 1.50000000 55.00000000 \no[>L] 2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR $\$5::}r 3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 X#-U 3 GLM 1.50000000 55.00000000 a>Uk<#>2?a 4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR JMw1qPJQ END ge[f/"u +%8c8]2 我们的92.4度进入光束以合理的角度射出。 现在我们可以创建DSEARCH输入MACro。 7Rk eV CORE 16 Nj qUUkc DSEARCH 2 QUIET R|ViLt y USE CURRENT 5 ALL .ev'd&l. bJ]g2C7`36 GOALS kp[+Iun? ELEMENTS 5 %.BbPR 7?h FNUM 2 1 %?y ?rt BACK 10 SET 1fm\5/}'`1 STOP MIDDLE *n N;!*J STOP FREE ~a4htj ASPH Q VieC+Kk ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 h2zuPgz, FOV .2 .4 .6 .8 1 Z[yQKy DELAY OFF OA_:_%a( NGRID 6 /,f*IdB SNAP 10 cV_nYcLkz PLASTIC 5 7 9 11 13 PtCwr)B, !QUICK 30 40 m\__Fl ANNEAL 50 10 Q n@mWBUM NPASS 50 5u
MP31 END F"#bCnS SPECIAL AANT :;t*:iG ACC 10 1 1 7@$Hua,GY ACA 70 1 10 Pq>r|/~_ LUL 90 .1 1 A TOTL u{,e8. Z END E9;cd$}K FylL7n GO F``$}]9KHD z/)HJo2# 在此文件中,我们指定了10 mm的后焦距,使用SET指令修复。 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结果值。 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。 对于困难的设计,这通常是一个很好的选择,特别是当其他选项返回带有虚拟图像的系统时。 h!?7I=p~# 我们要求最大元件厚度为10毫米,总长度上限为90毫米,以保持合理。 此外,我们将光线截距角限制在不超过70度。 否则,对于像这样的大角度,可以在全视场获得掠入射射线,由于涂层问题,这是不切实际的。 2K'3ry)[y 请注意,在这种情况下我们不使用QUICK选项。 对于更简单的工作来说,这是一个强大的工具,但这个工作并不那么简单,我们需要在每个候选系统上进行全面优化。 我们在上面注释了这一点,强调了这一点。 k)UF.=$d 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,对于像这样的困难设计,我们必须引导一些事情。 通过在FNUM线上添加权重,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。 yjaX\Wb[z[ 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: B?'`\q)UL DSEARCH绘制了它发现的10种最佳设计,其中大多数实际上非常好。 'due'|#^ 好的,我们正在顺利进行,但我们需要在某种程度上改进设计。 我们运行DSEARCH为我们制作的MACro优化,镜头变化很小。 jxU1u"WU 现在我们必须检查视场的质量。 在PAD中,我们单击PAD工具栏中的“扫描”按钮 ,然后观察到靠近曲面10的不明显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你能期望什么?我们必须控制它 TYGUB%A APS -10 w7cciD| m{
.'55 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APS -10 来在表面10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,优化并退火。 iY1%"x 这是一个非常有前途的设计,所以让我们替换成真实的材料。 打开MRG对话框,选择U目录(仅匹配塑料透镜),QUIET,SORT,然后单击OK。 镜头材料现在是真正的塑料材料。 uIvy1h9m 图5.带是真正塑料材料的镜头取代了最后五个透镜的玻璃材料。 1P:r=Rt/ 我们差不多完成了。 我们将继续优化镜头,我们不希望我们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 3zo]*6p0 这只会改变第一和第二元件的当前玻璃模型的材料。 再次优化和退火。 1O>wXq7q 现在我们再次运行MRG,这次选择Ohara目录。 该程序现在匹配前两个元件,即玻璃,而不是塑料。 设计回归与以前一样好,如图6所示。(L41L1) eVyXh>b* 图6所示.所有真实材料的镜头。 47.c 我们做得怎么样? 让我们来看看视场上的衍射图案。 转到MPF对话框,选择“显示可视外观”,然后单击“执行”。 结果,在图8中,在整个视场上几乎是完美的。 s!esk%h{K 图8.场上的衍射PSF。 m=<Tylv 对于那些可能想要进一步评估此镜头的人,RLE文件如下。 您可以复制这些行并将其粘贴到EE编辑器中。 ;UTT>j
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 / PDe<p ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 yBqv'Y WAVL .6562700 .5875600 .4861300 M9'Qs m APS -10 wDswK "T UNITS MM 7cV9xIe^ OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 83~
Gu[ 0 AIR -\6nT'P 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR M>W-lp^3 1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 =r=[e}&9 1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 86igP 1 CTE 0.630000E-05 6REv( E] 1 GTB O 'S-LAH59 ' qI;"yG-x- 2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR Y^80@MJ 3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 |M]#D0v 3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 u3)Oj7cX 3 CTE 0.620000E-05 ;AMbo`YK[ 3 GTB O 'S-LAH55V ' m8'B7|s 4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR
EN6a?
}5 5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 1-[~} 5 CC 100.00000000 Ah:! 7 Ncr38~;w 5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 #v!(uuq, 5 CTE 0.630000E-04 qj*IKS 5 GTB U 'OKP4RX50 ' lg` Qi& 5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 /N6sH!w 5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 x xxM 5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 LDlj4>%pW^ 5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 5sJi- ^ 5 PLASTIC RDU,yTHq 6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR l{oAqTN 6 CC -4.75816695 b]S4\BBT 6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 t}m6]; 6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 i*34/ 6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 B.w ihJVDg 6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ]jo^P5\h> 7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 9_Tk8L# 7 CC -100.00000000 i!
G^=N 7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 j" wX7 7 CTE 0.630000E-04 lK;/97Ze 7 GTB U 'OKP4RX50 ' +N0V8T%~z. 7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 W[S4s/)mg 7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 zrfE'C8O 7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 d"zbY\` 7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 4^H(p 7 PLASTIC x17cMfCH% 8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR `P;fD/I 8 CC -0.58536337 ow :}NI 8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 MGn:Gj"d 8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Bkg/A;H 8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
fuJ6
fmT 8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 pQ0yZpN%; 9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 _Y@'<S. 9 CC -3.39966178 >L$g ;(g 9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 R03V+t= 9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 5=CLR 9 CTE 0.900000E-04 cy=,Dr9O 9 GTB U 'ZEON330R ' x:8x GG9 9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 KA:>7- 9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 >W2Z]V
9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
`o(PcX3/} 9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 K~$o2a
e 9 PLASTIC 9ls<Y 10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR b;\qF&T 10 CC -4.25736209 w91gM*A 10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 @ -pi 10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 <rc3&qmd 10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 rC~hjViG. 10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 {xr!H-9ZAA 11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 +s&+G![ 11 CC 1.69037601 jM1|+o*Wr 11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 K V^` 11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 E@QsuS2& 11 CTE 0.900000E-04 7]a6dMh 11 GTB U 'ZEON330R ' _5#f9,m1 11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 vvw6 GB,M 11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 p"ht|x 11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 En3Q% 11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0[}"b(O{ 11 PLASTIC 5{qFKo"g@, 12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR 3EB8ls2 12 CC -0.19799751 e#IED!U 12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Y~RPspHW 12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 {y=H49 12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
HB`u@9le 12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 u$x HiD 13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 f33'2PYl 13 CC -0.64163783 2H fP$. 13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 2S}%r4$n} 8 0wXfu"E{ 13 CTE 0.630000E-04 @5Q}o3.zA- 13 GTB U 'OKP4RX50 ' <I'kJ{" 13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ya{vR*
'~ 13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 -cNh5~p= 13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 bG67TWY) 13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 +SkD/"5ng 13 PLASTIC sIdo(`8$ 14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR EaFd1 14 CC -0.05459002 yAR''> 14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 J]nb;4w 14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 7J./SBhB 14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 W&}YMb 14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 $4'I3{$ 15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR c>{X(Z=2 END oP5G*AFUq zC!]bWsD 让我补充一些技巧性。 这种设计很棘手,如果你是SYNOPSYS的新用户,并且事情进展并不顺利,你将不知道该怎么做。 请注意,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失败。 虽然使用解决方案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这种问题。 此外,在设计基本完成之前,我们没有使用真正的光瞳。 真实光瞳搜索是强大但不可靠,并且利用这种大角度光线和非球面系数,很容易进入无解。 所有这些都可以通过使用无瞳来避免直到设计形状良好。 e"hm|' 最后,除了DSEARCH返回的最佳镜头之外,还要做更多的调研,最上面的那个,在这个例子中,被证明是最好的,但这并不是一直都这样。这就是为什么DSEARCH返回的不仅仅是一个镜头。 nVw]0Yl
|