设计一个超广角的镜头:SYNOPSYS 光学设计软件

o!+%|V8Y
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？ *:xOenI
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: o=7,U/{D!
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。 d~~, 5E
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：

<">epbV6
    RLE ;]grbqXVE
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH i%.NP;Qq]M
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ;G8H'gM07
     APS               5 $k0(iFzR1
     UNITS MM 9qCE{[(
     OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 3,q?WH%_
J78.-J5 j0
       0 AIR %f&Y=
    0    CV  1.0000000000000E-09 AIR Sk7R;A
    1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 H@@ 4n%MK
    1    GLM      1.50000000             55.00000000 ow9a^|@a
    2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR Wrb[\ ?-
    3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 uc+{<E3,%
    3    GLM      1.50000000             55.00000000 i!}k5k*Z
    4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR    5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR nktGO
    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。

,on]Fts
    CORE 16 7oF3^K'S
    DSEARCH 2 QUIET ^,I2@OS
    USE CURRENT 5 ALL d*s*AV
34!.5^T
    GOALS kll!tT-N-
    ELEMENTS 5 n-8/CBEH(
    FNUM 2 1 RD[P|4eY
    BACK 10 SET Jfr'OD2$ %
    STOP MIDDLE m0;j1-t
    STOP FREE 2LUsqL\m}.
    ASPH Q {H[N|\
    ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ;=0mL,
    FOV .2 .4 .6 .8 1 M^oL.'
    DELAY OFF L>IP!.J]?
    NGRID 6 nm#23@uZ4K
    SNAP 10 hQx*#:ns
    PLASTIC 5 7 9 11 13 :'F,l:
    !QUICK 30 40 9dA+#;?
    ANNEAL 50 10 Q Rs"=o>Qu
    NPASS 50 *$%~/Q@]
    END 69r%b7#
    SPECIAL AANT \0 h>!u
    ACC 10 1 1 CA igV$
    ACA 70 1 10 UAXp;W`
    LUL 90 .1 1 A TOTL gq+0t
    END b>p_w%d[[J
9*s8%pL
    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

9~Sa7P
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。

LI}e_=E
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 h*;c"/7
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 '{cND
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 FLsJ<C~/~
    APS -10 GdScYAC
    UNITS MM mOjjw_3gq
    OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 "E5=AWd
    0 AIR ~P!=fU)
    0 CV 1.0000000000000E-09 AIR CucW84H`J
    1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 "j&p3
    1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 4,)QV_?
    1 CTE 0.630000E-05 C2iOF/4
    1 GTB O 'S-LAH59 ' RM%Z"pc Y6
    2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR =fy.'+
    3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 TgRG6?#^l
    3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 zuJ` 704
    3 CTE 0.620000E-05 "AWk jdj
    3 GTB O 'S-LAH55V ' rP6k}
    4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR f~jdN~
    5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 y </i1qM
    5 CC 100.00000000 sSiZG
    7 P4MP`A
    5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 URh5ajoR%
    5 CTE 0.630000E-04 T sJ71
    5 GTB U 'OKP4RX50 ' (a,`Y.
    5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ``Um$i~e%
    5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Z +<Y.*6
    5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 03 v\v9<T
    5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 (d <pxx
    5 PLASTIC @X/-p3729
    6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR v!mP9c j
    6 CC -4.75816695 FFN.9[Ly
    6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 l29AC}^
    6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 zcEpywNP
    6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 hB:+_[=Kj.
    6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 #TP Y%
    7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 kl&_O8E+K
    7 CC -100.00000000 Z%-uyT@a
    7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 noT}NX%
    7 CTE 0.630000E-04 wz:w6q
    7 GTB U 'OKP4RX50 ' b DF_
    7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~vR<UQz
    7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 b\t@vMJ
    7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 @[rlwwG,
    7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 yg4ILL
    7 PLASTIC n;dWb$:
    8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR R?*-ZI[>w
    8 CC -0.58536337 ?N%5c%oF
    8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Ujly\ix`
    8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 :~,akX$
    8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 4T<dI6I0
    8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 G~4|]^`g
    9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 lo>:S1
    9 CC -3.39966178 MD+eLA7
    9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 Rk{2ZUeg
    9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 /z(s1G.
    9 CTE 0.900000E-04 qSVg.<+
    9 GTB U 'ZEON330R ' JnH5v(/
    9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 IZ_ B $mo
    9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Au?(_*/0
    9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 D <Fl7QAb
    9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 5g4c1K
    9 PLASTIC ?Vr~~v"fg8
    10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR Fg^zz*e
    10 CC -4.25736209 RKz _GEH)
    10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 h6Hop mWVx
    10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 xWty2/!h
    10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 uFi[50
    10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 rg+3pX\{
    11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 YpbJoHiSH
    11 CC 1.69037601 tgm(tDL
    11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 ),I7+rY
    11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 V P4ToYc
    11 CTE 0.900000E-04 Rv+p4RgA
    11 GTB U 'ZEON330R ' n!XSB7d~X
    11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 mZ t:
    11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 51M'x_8
    11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 fm,:8%
    11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 AqP\g k
    11 PLASTIC @Cd}1OT)
    12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR 27jZ~Bp$
    12 CC -0.19799751 e?b<-rL
    12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 K,GX5c5
    12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 b(gcnSzM2
    12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 u&Dd9kMz
    12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 15~+Ga4
    13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 vR\[IV?
    13 CC -0.64163783 'Xzi$}E D
    13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 wZUR
    8 =E%<"FB
    13 CTE 0.630000E-04 Y3wL EG%,:
    13 GTB U 'OKP4RX50 ' (vf5qF^
    13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 \\~4$Ai[
    13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 -[`FNTTV C
    13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 *C?x\.\C
    13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 }u7&SU
    13 PLASTIC >pl*2M&
    14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR ed)!Snz
    14 CC -0.05459002 pNzGpCk
    14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 U_,K_6vj
    14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 C(*)7| m
    14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 <ByDT$E_
    14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 =8fZG t
    15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR EMejvPnZO
    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！

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