设计一个超广角的镜头:SYNOPSYS 光学设计软件

iX+8!>Q
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？ eW(pP>@k,
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: dRJ ](Gw
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。 ;b0Q%TDh
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：

9u(pn`e 3
    RLE j;-Wf6h{
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH Hloe7+5UD
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 )_jboaNzwI
     APS               5 Z\IM~-
     UNITS MM ISpV={$Zd
     OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 k-|g
f1_;da
       0 AIR eA!Z7 '
    0    CV  1.0000000000000E-09 AIR 7@;*e=v
    1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 8IlUbj
    1    GLM      1.50000000             55.00000000 <J;O$S
    2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR |:R\j0t
    3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 o&1mX
    3    GLM      1.50000000             55.00000000 ; CCg]hX
    4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR    5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR k2D*`\ D
    END

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。

:b44LXKCP
    CORE 16 l[T-Ak
    DSEARCH 2 QUIET E'f7=ChNF
    USE CURRENT 5 ALL caQ1SV^{9
^@V*:n^
    GOALS ,zoHmV1Wd+
    ELEMENTS 5 .z,-ThTH@\
    FNUM 2 1 9A.NM+u7
    BACK 10 SET n>v1<^
    STOP MIDDLE cn} CI
    STOP FREE .:j{d}p}
    ASPH Q K]m#~J3d>
    ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 -w"I
    FOV .2 .4 .6 .8 1 %Y ZCdS
    DELAY OFF H2jypVs$2
    NGRID 6 B9"o Ru^}
    SNAP 10 v)du]
    PLASTIC 5 7 9 11 13 u;t<rEC2
    !QUICK 30 40 t08U9`w
    ANNEAL 50 10 Q ompr})c
    NPASS 50 Sn-#Y(>]o0
    END IE\RP!
    SPECIAL AANT `C>h]H(
    ACC 10 1 1 $=plAi
    ACA 70 1 10 LOkgeJuWv
    LUL 90 .1 1 A TOTL d8: $ll
    END .\a+m
rB+ (
    GO

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。
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。
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。
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。
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：

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。
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。
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

*I?-A(e
APS -10

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。

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。

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。
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
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。
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）

图6所示.所有真实材料的镜头。
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。

图8.场上的衍射PSF。
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。

',hoe
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 -!+i ^r
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 ,zZH>P
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 Z6gwAvf<
    APS -10 E~q3o*
    UNITS MM \_.'/<aQ
    OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 3\ajnd|
    0 AIR <tTNtBb
    0 CV 1.0000000000000E-09 AIR Aa1#Ew<r
    1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 _\4r~=`HQ
    1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 3SWDPy
    1 CTE 0.630000E-05 1N _"Mm{
    1 GTB O 'S-LAH59 ' ^'Lp<YJs6
    2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR *><j(uz!
    3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 /w dvm4
    3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 5%(
    3 CTE 0.620000E-05 KD#zsL)3
    3 GTB O 'S-LAH55V ' * g+v*q X
    4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR w:B&8I(n}w
    5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 v0WB.`rO
    5 CC 100.00000000 LGy62 y$
    7 >7a ENKOg:
    5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 R5MN;xG^
    5 CTE 0.630000E-04 MV<)qa T
    5 GTB U 'OKP4RX50 ' |qpm
    5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 P `<TO
    5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 8u[.s`^
    5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 br0\O
    5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 :F5(]g 7
    5 PLASTIC d<?Zaehe\
    6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR "c~``i\G
    6 CC -4.75816695 aU +uPP
    6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 hTAc}'^$
    6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ;N!n06S3
    6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 :zC=JvKT
    6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ]nV_K}!w
    7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 6;Izw$X
    7 CC -100.00000000 LVP6vs
    7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 4myikeUR_
    7 CTE 0.630000E-04 tF*Sg{:bCa
    7 GTB U 'OKP4RX50 ' ;,/G*`81B
    7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 .h w(;
    7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 8oHIXnK
    7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ]%7m+-h@
    7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 LfnQcI$kO
    7 PLASTIC S]ndnxy"b
    8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR L(y~ ,Kc
    8 CC -0.58536337 KPK`C0mg@k
    8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 mV7_O//
    8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 UGOe(JB
    8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 $ ga,$G
    8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 w0>5#jq#r
    9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 R$/q=*k
    9 CC -3.39966178 `ER#S_}
    9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 Oa5-^&I
    9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 }&ew}'*9)
    9 CTE 0.900000E-04 VF-[O
    9 GTB U 'ZEON330R ' BH^cR<<j
    9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 BhyLcUBuB
    9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 W70BRXe04D
    9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 &@&^k$du8q
    9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 dZJU>o'BG
    9 PLASTIC i[U=-4 J
    10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR huin?,eGz
    10 CC -4.25736209 F>u/Lh!
    10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 H/#WpRg
    10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 FP6JfI8
    10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 IgF#f%|Q
    10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Wu?[1L:x
    11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 G)5Uiu:^X
    11 CC 1.69037601 4=ha$3h$
    11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 ]%5gPfv[T
    11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 +zFEx%3^
    11 CTE 0.900000E-04 H#`&!p
    11 GTB U 'ZEON330R ' :)Nk
    11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 /3`fO^39Ta
    11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 \cAifU
    11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0pe*DbYP5
    11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 i\L7z)u
    11 PLASTIC xO 1uHaL
    12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR 6nk.q|n:g
    12 CC -0.19799751 w4&-9[@Y
    12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 (5^SL Y
    12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 x A ZRl
    12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 SQ`ec95',
    12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 CYk"
    13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 iEBxBsz_
    13 CC -0.64163783 B{_-k
    13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 Ef6LBNWY.
    8 QTI^?@+N>
    13 CTE 0.630000E-04 iHOvCrp+X
    13 GTB U 'OKP4RX50 ' FwSV \N+#'
    13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 m3b?f B
    13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 7!, p,|K
    13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 \o!B:Vb<
    13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ^t)alNGos
    13 PLASTIC A `=.F
    14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR cA B^]j
    14 CC -0.05459002 w3oe.hWP3N
    14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 q}7(w$&
    14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 R 9Yk9v
    14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 & MfnH
    14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 v%2Jm!i+
    15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR Q%RI;;YyA
    END

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。
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。

详情请咨询：sales@asdoptics.com 027-87582688

optics1210	2019-01-20 11:35
本文提供了一种设计思路！

查看本帖完整版本: [-- 设计一个超广角的镜头:SYNOPSYS 光学设计软件 --] [-- top --]