设计一个超广角的镜头:SYNOPSYS 光学设计软件
7~2/NU? 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? ranLHm.nB 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: JwkMRO 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。
)N8[@ 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:  z2Pnni7Ys RLE UJqDZIvC ID WIDE-ANGLE DESEARCH 9q##) WAVL .6562700 .5875600 .4861300 'q#$^='o APS 5 @435K'! UNITS MM &m>yY{be OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 4z_ >CiA Ux<2!vh 0 AIR F|eKt/>e 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR ;oKN 8vI#7 1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 ?f\;z<e| 1 GLM 1.50000000 55.00000000 *@XJ7G[ 2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR DP(JsZ} 3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 ^*
xhbM; 3 GLM 1.50000000 55.00000000 HF3W,eaqK 4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR O3?3XB> < END Zd~l_V f w
$\p\}~, 我们的92.4度进入光束以合理的角度射出。 现在我们可以创建DSEARCH输入MACro。 DE{tpN CORE 16 k63]Qf=5?N DSEARCH 2 QUIET =Me94w>G3X USE CURRENT 5 ALL =~OH.=9\ [r_YQ*+ej GOALS h83;}> ELEMENTS 5 '8auj FNUM 2 1 PRs[!EB6 BACK 10 SET [7K-L6X STOP MIDDLE q'07 STOP FREE kIm)Um ASPH Q Ur`jmB ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 F__(iXxC FOV .2 .4 .6 .8 1 0@FZQ$- DELAY OFF v<*ga7'S NGRID 6 l5> H\ SNAP 10 dG6 G PLASTIC 5 7 9 11 13 M^i^_}~S; !QUICK 30 40 i2a""zac ANNEAL 50 10 Q uxGY/Zf NPASS 50 m&GxLT6 END &\3k(j SPECIAL AANT Km5#$IiP; ACC 10 1 1 /rKdxsI* ACA 70 1 10 J>I.|@W4 LUL 90 .1 1 A TOTL QKj-"y[ END IZ<d~ [y !`u GO RXMzwk {uurM`f}: 在此文件中,我们指定了10 mm的后焦距,使用SET指令修复。 DSEARCH允许您以三种方式控制该距离:如果您只是给出一个距离,例如BACK 10,程序会在末尾添加YMT求解并在AANT文件中包含一个目标来控制结果值。 如果添加权重因子(例如BACK 10 100),则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值,在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在,程序将简单地将后焦距设置为输入值,在这种情况下为10,并且不会添加YMT求解。 对于困难的设计,这通常是一个很好的选择,特别是当其他选项返回带有虚拟图像的系统时。 `/zx2Tkk 我们要求最大元件厚度为10毫米,总长度上限为90毫米,以保持合理。 此外,我们将光线截距角限制在不超过70度。 否则,对于像这样的大角度,可以在全视场获得掠入射射线,由于涂层问题,这是不切实际的。 (J c} K 请注意,在这种情况下我们不使用QUICK选项。 对于更简单的工作来说,这是一个强大的工具,但这个工作并不那么简单,我们需要在每个候选系统上进行全面优化。 我们在上面注释了这一点,强调了这一点。 :UjF<V 最后一点:我们在上面的输入中给出了FNUM请求的权重。 如果我们不这样做,程序将通过UMC求解来控制F /number,并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。 同样,对于像这样的困难设计,我们必须引导一些事情。 通过在FNUM线上添加权重,程序将最后一个面的曲率视为变量,并控制AANT文件中的F /number,而不是曲率求解。 &f}a` /{@ 好的,我们的输入已准备就绪,因此我们运行此DSEARCH文件。 大约两分钟后我们看到了结果: 3GH@|id DSEARCH绘制了它发现的10种最佳设计,其中大多数实际上非常好。 rf2+~B{$, 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。 2"31k2H[ 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 N;<.::x APS -10 X8F@U ^@ C'HW`rh.^ 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。 d)'am
3Q 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。 n*tT< 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。 .'zXO 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 bB|UQaCl 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。 a?LrSk` 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) =")}wl=s 图6所示.所有真实材料的镜头。 2>l
=oXq 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。 +-~:E_G 图8.场上的衍射PSF。
E *[dc 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。 QZcdfJck=+ ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 taS2b#6\+ ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 `0l)\ WAVL .6562700 .5875600 .4861300 q Ee1OB APS -10 d$>TC(E=t UNITS MM jOJ$QT OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 4!'1o`8vs 0 AIR UL81x72O 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR _l?InNv 1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 D&Xh|}2A 1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 KeU|E<|! 1 CTE 0.630000E-05 7
Jxhn! 1 GTB O 'S-LAH59 ' <ptgFR+ 2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR TU6e,G|t 3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 . ZuRH_pI 3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 ~F?vf@k 3 CTE 0.620000E-05 'j^A87\M_ 3 GTB O 'S-LAH55V ' X$o$8s 4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR \)\uAI- 5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 3;M7^DM 5 CC 100.00000000 *R] Ob9X 7 "7v/- 5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 i$~2pr 5 CTE 0.630000E-04 hlY]s
&0 5 GTB U 'OKP4RX50 ' v-zi ,]W 5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 >s
4"2X 5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 l^.d3b 5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 -__RFxG 5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 :}QBrd 5 PLASTIC ;7id![KI4 6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR `Gct_6 6 CC -4.75816695 ]V|rOt xb 6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Gm,vLs9H$T 6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 (0L7Ivg< 6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 'r&az BO 6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 NSQ}:m 7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 XJx$HM&0M 7 CC -100.00000000 r57&F`{ 7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 PI
KQ}aq= 7 CTE 0.630000E-04 i!H)@4jX 7 GTB U 'OKP4RX50 ' bve_*7CEM 7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 1J`<'{* 7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 G`n|fuv 7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 #[|~m;K(w 7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 nkI+"$Rz0 7 PLASTIC p~Tp=d)/ 8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR kF%EJuu 8 CC -0.58536337 9Fo00"q 8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 r]e1a\)r 8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 a`c#-
je 8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 BZS%p 8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 #@ClhpLD 9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 CSKOtqKQ) 9 CC -3.39966178 8Zj=:; 9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 eUBf-xA 9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 9+:SS1_ 9 CTE 0.900000E-04 Ck:RlF[6C 9 GTB U 'ZEON330R ' ~lBb%M 9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -L4fp
9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 mS\gh)<h 9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 VI xGD#m 9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ?c G~M|@ 9 PLASTIC KCBA`N8 10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR 6MCLm.L 10 CC -4.25736209 &a;{ed1B 10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :G.u{cw 10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 \a#{Y/j3 10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 zd%n)jlwR 10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 _Y{8FN(4 11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 lN(|EI 11 CC 1.69037601 7aF'E1e'3 11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 Tu!2lHK; 11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 jHPkfwfAF 11 CTE 0.900000E-04 \d'>Ky;GD 11 GTB U 'ZEON330R ' Mh=yIx</ 11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 iXoEdt) 11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 PO*;V<^ 11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 O]-)?y/ 11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 tPp9=e2[s 11 PLASTIC g~7x+cu0 12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR COc, 12 CC -0.19799751 }WowgY 12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 p*NKM}
]I 12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Sg &0a$ 12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 \m xi8Z
w 12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 GhJ<L3 13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 Io;x~i09K 13 CC -0.64163783 >='y+68 13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 QZh#&Qf; 8 ]| xfKDu 13 CTE 0.630000E-04 +$uQ_ve 13 GTB U 'OKP4RX50 ' A!^
d8#~. 13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 s![Di 13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 }'KHF0 13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 kTW[) 13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Y5ZBP?P 13 PLASTIC r!N> FE 14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR 5cF7w 14 CC -0.05459002 YHp]O+c 14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 W>_K+:t 14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 n8+_Uww 14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 "C]v 14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 <eh<4_<qF 15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR 0Yk$f1g END &cpqn2Z
CcJ%;.V,T 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。 Z1~`S!(} 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。 D7lRZb
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