设计一个超广角的镜头:SYNOPSYS 光学设计软件
[f[Wz{Q#Y 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? rce._w } 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: P3Vh|<'7 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。 CBpwtI>p 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:  {^:NII] RLE 7|_2@4-W6 ID WIDE-ANGLE DESEARCH f|F=)tJO WAVL .6562700 .5875600 .4861300 /;[x3}[ APS 5 23,pVo UNITS MM myqwU`s OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 Ho[]03 A;&YPHB 0 AIR lkR^2P 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR PyK!Cyq 1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 #N~1Ye 1 GLM 1.50000000 55.00000000 qHo Hh 2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR z}7}D ! 3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 @0NWc
c+ 3 GLM 1.50000000 55.00000000 0*oavY* 4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR JL{fW>5y| END 2m*/$GZ .)p%|A#^ 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。 *
{~`Lw)y CORE 16 G K3T w DSEARCH 2 QUIET T/ eX7p1 USE CURRENT 5 ALL vifw
FPe )54a' Hp GOALS =K|#5p` ELEMENTS 5 >LN*3&W FNUM 2 1 0S'@(p[A BACK 10 SET =VT\$
5A STOP MIDDLE >Bdh`Ot-! STOP FREE h+Yd
\k ASPH Q ]sE)-8 ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 i:jB FOV .2 .4 .6 .8 1 FUJ<gqL DELAY OFF 8t)gfSG NGRID 6 :2/jI:L~ SNAP 10 4i}nk
T PLASTIC 5 7 9 11 13 \7#w@3* !QUICK 30 40 x2r.4 ANNEAL 50 10 Q 'Nuy/\[{\ NPASS 50
4~ L1~Gk END 3;wiwN' SPECIAL AANT Gr)G-zE ACC 10 1 1 o2hZ=+w> ACA 70 1 10 TA:uB[Ji LUL 90 .1 1 A TOTL U /~uu END u2`j\
Vu 0 z]H= GO }m%&|:PH %6Vb1?x 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。 bmi",UZ:F 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。 .XRe:\8mc 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。 ^8]7
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。 .X"&kO>G 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: J4U_utp 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。 8O60pB;4 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。 h(J$-SUs 现在我们必须检查视场的质量。 在PAD中,我们单击PAD工具栏中的“扫描”按钮 ,然后观察到靠近曲面10的不明显的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中你能期望什么?我们必须控制它 ?z6K/'? APS -10 &5bIM>)v [wiB1{/Ls. 由于我们改变了YP0的数量,目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果,但是现在我们必须把它放在那里。在WS编辑窗格中,我们输入APS -10 来在表面10上放置一个真正的光阑。然后我们从PANT文件中删除变量VY 0 YP1,优化并退火。 |%fNLUJ) 这是一个非常有前途的设计,所以让我们替换成真实的材料。 打开MRG对话框,选择U目录(仅匹配塑料透镜),QUIET,SORT,然后单击OK。 镜头材料现在是真正的塑料材料。 5} ur,0{ 图5.带是真正塑料材料的镜头取代了最后五个透镜的玻璃材料。 #CAZ}];Qx 我们差不多完成了。 我们将继续优化镜头,我们不希望我们的塑料材料被更换成其它的玻璃材料,因此我们从PANT文件中删除所有VY sn GLM行并用VLIST GLM ALL替换它们 @]8flb
)T 这只会改变第一和第二元件的当前玻璃模型的材料。 再次优化和退火。 }$qrNbLJ 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) rnp; R 图6所示.所有真实材料的镜头。 Nh/i'q/ 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。 !$ii*} 图8.场上的衍射PSF。 ,Shzew+ 对于那些可能想要进一步评估此镜头的人,RLE文件如下。 您可以复制这些行并将其粘贴到EE编辑器中。 WS(m#WFQr ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 + @|u8+ ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 _T~&kwe WAVL .6562700 .5875600 .4861300 IMMsOl APS -10 Iw)m9h UNITS MM u^c/1H:6 OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 }R5EuR m\
0 AIR 0aI@m 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR CR2.kuM0~ 1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 M8 \/[R\ 1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 nN@
Ch 1 CTE 0.630000E-05 P$N5j~* 1 GTB O 'S-LAH59 ' Mqk|H~l5c 2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR * a1q M? 3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 0T#z"l<L 3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 2Q@Jp`#,4 3 CTE 0.620000E-05 -)Vy)hD, 3 GTB O 'S-LAH55V ' '@w'(}3!3R 4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR 3
Fy CD4# 5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 bj 8pqw|; 5 CC 100.00000000 tlg}"lY 7 nhC8Tq[m 5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 %H&WihQ 5 CTE 0.630000E-04 i O? f&u 5 GTB U 'OKP4RX50 ' LjW32>B 5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 R+e)TR7+ 5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 G|-RscPe 5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 c9Cc%EK 5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 =ud~ 5 PLASTIC Q8QB{*4 6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR @OUBo;/ 6 CC -4.75816695 uV@'898%5 6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Fv$w:r]q6 6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Q)M-f;O 6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 m^m=/'<+ 6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ,,80nW9E 7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 Ygkf}n 7 CC -100.00000000 %{cVG-<_iz 7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 h)j#?\KYm9 7 CTE 0.630000E-04 (18ZEKk 7 GTB U 'OKP4RX50 ' 99By.+~pX 7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 hu"-dT;4] 7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 C"0
VOb 7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 f?GoBh< 7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 3&{6+ A 7 PLASTIC ~]?EV?T 8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR @"/H
er 8 CC -0.58536337 ZF#n(Y? 8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00
$?gKIv>g 8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 _K'Y`w'] 8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 upZc~k!1\ 8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 @W
@,8e]c 9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 v3t<rv 9 CC -3.39966178 n&|N=zh 9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 Knb(MI6 9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 WS.g`% 9 CTE 0.900000E-04 (f_J @n 9 GTB U 'ZEON330R ' PU1YR;[Fe 9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 F:jtzy" 9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 i!3*)-a\~` 9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 fi ~@J` 9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 V:P]Ved 9 PLASTIC ?Ov~\[) F 10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR <
]+Mdy 10 CC -4.25736209 &sBD0R(a 10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 4@<wN \' 10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 *mWl=J;u 10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 P0hr=/h4 10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 n4 N6]W\5 11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 S>*i\OnI' 11 CC 1.69037601 ?@FqlWz , 11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 ohJDu{V 11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 @.}Y'`9L 11 CTE 0.900000E-04 $MNJsc^n 11 GTB U 'ZEON330R ' D/4]r@M2c 11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Xc"
%- 11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 e 6>j
gy 11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 FU .%td=: 11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 'X6Y!VDd 11 PLASTIC S'ms>ZENC 12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR \{~CO{II 12 CC -0.19799751 tf8xc 12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5_L,7\5# 12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Mk973'K' 12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Ya!e83-r 12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 /Qef[$!( 13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 v+79#qWK|n 13 CC -0.64163783 L{)t(H>O 13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 e00}YWf% 8 (RG "2I3 13 CTE 0.630000E-04 L,nb< 13 GTB U 'OKP4RX50 ' U,6sR 13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 i^A=nsD` 13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 S&]r6ss 13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Gx}`_[- 13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 <]|HGc 13 PLASTIC
kz6fU\U 14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR xFM^-`7 14 CC -0.05459002 P2C>IS 14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $9r4MMs{$ 14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 _JTK$\ 14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 :?FHqfN?_ 14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 +c
C.
ZOS 15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR Pi9?l> END *o:J 4' GXQ%lQ 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。 ZUS5z+o 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。 5VQ-D`kE+
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