设计一个超广角的镜头:SYNOPSYS 光学设计软件

&yvvea]
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？ f4h~c
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: \c -m\|
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。 {_Wrs.a'8
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：

0k5-S~_\
    RLE RbX9PF"|+
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH ,\s`T O
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 !,$#i
     APS               5 Y>8Qj+d
     UNITS MM d/bimQ
     OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 _6nAxm&x`%
"_q~S$i^
       0 AIR >`\.i,X.D
    0    CV  1.0000000000000E-09 AIR tL$,]I$1+
    1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 ->rqr#
    1    GLM      1.50000000             55.00000000 2ZY$/
    2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR '9zW#b
    3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 -67Z!N
    3    GLM      1.50000000             55.00000000 T82 `-bZ
    4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR    5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR nwU],{(Hgr
    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。

%dzt'uz
    CORE 16 fAgeF$9@
    DSEARCH 2 QUIET ?>}p'{I
    USE CURRENT 5 ALL f6%k;R.Wz
1zPS#K/3
    GOALS z2iMpZ
    ELEMENTS 5 `eMZhYo
    FNUM 2 1 +})QTFV
    BACK 10 SET c!ZZMCs
    STOP MIDDLE :)~l3:O
    STOP FREE G*I
    ASPH Q >qo!#vJc a
    ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 h mRmU{(Y
    FOV .2 .4 .6 .8 1 !:&SfPv
    DELAY OFF A0<g8pv
    NGRID 6 9\4x<*
    SNAP 10 V vrsf6l]
    PLASTIC 5 7 9 11 13 I?'*vAW<
    !QUICK 30 40 b*n3Fej
    ANNEAL 50 10 Q [P &B
    NPASS 50 G'\[dwD,u
    END C}h(WOcr`X
    SPECIAL AANT I{89chi
    ACC 10 1 1 pTCD1)
    ACA 70 1 10 juR>4SH
    LUL 90 .1 1 A TOTL mD9Iao%4~
    END m^QoB
6{I7)@>N
    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

%@PcQJg U<
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。

u0wu\
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 1|p\rHGd
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 2?ue.1C
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 s]m]b#1!r
    APS -10 N6[Z*5efR
    UNITS MM .uA O.<
    OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 &- p(3$jn7
    0 AIR [\ku,yd%0
    0 CV 1.0000000000000E-09 AIR \*MZ1Q*x
    1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 ;rf{T[i
    1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 Xn"#Zy_
    1 CTE 0.630000E-05 iX?j"=!
    1 GTB O 'S-LAH59 ' iK4\N;H
    2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR A5R"|<UPR
    3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 2po8n_
    3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 qg j;E=7
    3 CTE 0.620000E-05 mg*iW55g
    3 GTB O 'S-LAH55V ' Lj /^cx
    4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR |~76dxU
    5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 yHY2 SXm
    5 CC 100.00000000 D Z~036
    7 [p4([ef '
    5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 !v3d:n\W8
    5 CTE 0.630000E-04 7 :\J2$P
    5 GTB U 'OKP4RX50 ' t,Tq3zB
    5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 %5L~&W}^"
    5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 R UCUEo63
    5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 <DMm [V{
    5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 v#d3W| ~
    5 PLASTIC sfVzVS[
    6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR aAcQmq TT
    6 CC -4.75816695 6oWFjeZ0
    6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 MNh:NFCRA
    6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 .D7Gog3^<
    6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 FS7D
    6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 bz:En'2>F
    7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 e<DcuF<ZS
    7 CC -100.00000000 &gh>'z;`r
    7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 jz3f{~
    7 CTE 0.630000E-04 h1'm[Y
    7 GTB U 'OKP4RX50 ' dM"5obEb
    7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0}Kyj"-3
    7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 :S`12*_g"
    7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 VaonG]Ues
    7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 v?d`fd
    7 PLASTIC HII@Ed f?
    8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR :MYLap&L&
    8 CC -0.58536337 1)u,%
    8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {#t7lV'4
    8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 uKY1AC__
    8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 \1u^?cBd
    8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 "MPS&OK
    9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 Gp_flGdGQ
    9 CC -3.39966178 $5#DU__F/
    9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 aEEb1Y
    9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 njNqUo>
    9 CTE 0.900000E-04 6XAofN/5f
    9 GTB U 'ZEON330R ' =q[+e(,3
    9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 pgUjje>#
    9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 >y!R}`&0^t
    9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 M)v='O<H8
    9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ZP:+'\&J
    9 PLASTIC 5rtE/{A
    10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR iDCQqj`
    10 CC -4.25736209 Wa!C2nB
    10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 .5~3D97X&
    10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 3#uc+$[
    10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 .*?-j?U.
    10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 A)#Fyde
    11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 OSJL,F,
    11 CC 1.69037601 u3cl7~- yW
    11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 F${}n1D
    11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ubKp P%Z
    11 CTE 0.900000E-04 aMK\&yZD
    11 GTB U 'ZEON330R ' 9*s:Vff{
    11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Qdy/KL1]
    11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 nGDY::nUE
    11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 #/t+h#jG
    11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 *mw *z|-^V
    11 PLASTIC _GoFwVO
    12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR j\@&poJ(,
    12 CC -0.19799751 CQ{pv3)
    12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 uesIkJ^Q[
    12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 DRVvC~M-,
    12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 gd0a,_`M
    12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 S2 -J1x2N
    13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 :@Ml-ZE
    13 CC -0.64163783 *y~~~ 'J/
    13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 >+%0|6VSb
    8 Vc8w[oS
    13 CTE 0.630000E-04 "`KT7
    13 GTB U 'OKP4RX50 ' 2%-/}'G*
    13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ;6=*E'
    13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 #=ko4?Wr(
    13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Gg^gK*D
    13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 .;dI&0Z
    13 PLASTIC I#(?xHx
    14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR r+a0.
    14 CC -0.05459002 )'/xNR
    14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *"V) hI5
    14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ,y)V5 c1
    14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 .07kG]
    14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 +^$E)Ol
    15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR cU"uKR
    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。

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optics1210	2019-01-20 11:35
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