设计一个超广角的镜头:SYNOPSYS 光学设计软件
Z^AAC KME
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？ }abM:O
"Y
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: +"a . ,-f!
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。 -lyT8qZ:(
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：  S@zsPz w
RLE `ejE)VL=8h
ID WIDE-ANGLE DESEARCH rZZueYuXO
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 'u$$scG t
APS 5 o \8yYX
UNITS MM HW{osav9
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 k:<yy^g$X
8|?$KLz?F>
0 AIR lx~!FLn
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR APuG8
<R,
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 ]xA;*b;| h
1 GLM 1.50000000 55.00000000 \no[ >L]
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR $\$5::}r
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 X # -U
3 GLM 1.50000000 55.00000000 a>Uk<#>2?a
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR JM w1qPJQ
END ge[f/"u
+%8c8]2
我们的92.4度进入光束以合理的角度射出。 现在我们可以创建DSEARCH输入MACro。 7Rk eV
CORE 16 Nj qUUk c
DSEARCH 2 QUIET R|ViLt y
USE CURRENT 5 ALL .ev'd&l.
bJ]g2C7`36
GOALS kp[+Iun?
ELEMENTS 5 %.BbPR 7?h
FNUM 2 1 %?y ?rt
BACK 10 SET 1fm\5/}'`1
STOP MIDDLE *n N;!*J
STOP FREE ~a4htj
ASPH Q VieC+Kk
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 h2zuPgz,
FOV .2 .4 .6 .8 1 Z [yQKy
DELAY OFF OA_:_%a(
NGRID 6 / ,f*IdB
SNAP 10 cV_nYcLkz
PLASTIC 5 7 9 11 13 PtCwr )B,
!QUICK 30 40 m\__F l
ANNEAL 50 10 Q n@mWB UM
NPASS 50 5u
MP 31
END F"#bCnS
SPECIAL AANT :;t*:iG
ACC 10 1 1 7@$Hua,GY
ACA 70 1 10 Pq>r|/~_
LUL 90 .1 1 A TOTL u{,e8. Z
END E9;c d$}K
FylL7n
GO F``$}]9KHD
z /)HJo2#
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。 h!?7I=p~#
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。 2K'3ry)[y
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。 k)UF.=$d
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。 yjaX\Wb[z[
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： B?'`\q) UL
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。 'due'|#^
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。 jxU1u"WU
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 TYGUB%A
APS -10 w7 cciD|
m{
.'55
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。 i Y1%"x
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。 uIvy1h9m
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。 1P:r=Rt/
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 3zo]*6p0
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。 1O>wXq7q
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） eVyXh>b*
图6所示.所有真实材料的镜头。 47. c
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。 s!esk%h{K
图8.场上的衍射PSF。 m=<Tylv
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。 ;UTT>j
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 / PDe<p
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 yBqv'Y
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 M 9'Qs m
APS -10 w DswK "T
UNITS MM 7cV9xIe^
OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 83~
Gu[
0 AIR -\6nT'P
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR M>W-lp^3
1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 =r=[e}&9
1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 86igP
1 CTE 0.630000E-05 6REv( E]
1 GTB O 'S-LAH59 ' qI;"y G-x-
2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR Y^80@ MJ
3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 |M]#D 0v
3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 u3)Oj7cX
3 CTE 0.620000E-05 ;AMbo`YK[
3 GTB O 'S-LAH55V ' m8'B7|s
4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR
EN6a?
}5
5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 1-[~ }
5 CC 100.00000000 Ah:!
7 Ncr38~;w
5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 #v!(uuq,
5 CTE 0.630000E-04 qj *IKS
5 GTB U 'OKP4RX50 ' lg` Qi&
5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 /N6sH!w
5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 x xxM
5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 LDlj4>%pW^
5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 5sJi- ^
5 PLASTIC RDU,yTHq
6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR l{oAqTN
6 CC -4.75816695 b]S4\BBT
6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 t}m6];
6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 i*3 4/
6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 B.w ihJVDg
6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ]jo^P5\h>
7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 9_Tk8L#
7 CC -100.00000000 i!
G^=N
7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 j" wX7
7 CTE 0.630000E-04 lK;/9 7Ze
7 GTB U 'OKP4RX50 ' +N0V8T%~z.
7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 W[S4s/)m g
7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 zrfE'C8O
7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 d"zbY\`
7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 4^H(p
7 PLASTIC x17cMfCH%
8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR ` P;fD /I
8 CC -0.58536337 ow :}N I
8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 MGn:Gj"d
8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Bkg /A;H
8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
fuJ6
fmT
8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 pQ 0yZpN%;
9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 _Y@'<S.
9 CC -3.39966178 >L$g ;(g
9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 R03V+t=
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 5=CL R
9 CTE 0.900000E-04 cy=,Dr9O
9 GTB U 'ZEON330R ' x:8x GG9
9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 KA:>7-
9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 >W 2Z]V
9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
`o(PcX3/}
9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 K~$o2a
e
9 PLASTIC 9 ls<Y
10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR b ;\qF &T
10 CC -4.25736209 w91gM*A
10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 @ -pi
10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 <rc3&qmd
10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 rC~hjViG.
10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 {xr!H-9ZAA
11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 +s&+G![
11 CC 1.69037601 jM1|+o*Wr
11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 K V ^ `
11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 E@QsuS2 &
11 CTE 0.900000E-04 7 ]a6dMh
11 GTB U 'ZEON330R ' _5#f9,m1
11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 vvw6 GB,M
11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 p" ht|x
11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 En 3Q %
11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0[}"b(O{
11 PLASTIC 5{qFKo"g@,
12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR 3EB8ls2
12 CC -0.19799751 e#IED!U
12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Y ~RPspHW
12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 {y=H49
12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
HB`u@9le
12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 u$x H iD
13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 f33'2PYl
13 CC -0.64163783 2H fP$ .
13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 2S}%r4$n}
8 0w Xfu"E{
13 CTE 0.630000E-04 @5Q}o3.zA-
13 GTB U 'OKP4RX50 ' <I'kJ{"
13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ya{vR*
'~
13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 -cNh5~p=
13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 bG67TWY)
13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 +SkD/"5ng
13 PLASTIC sIdo(`8$
14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR EaFd1
14 CC -0.05459002 yAR'' >
14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 J]nb;4w
14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 7J./SBhB
14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 W&}YM b
14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 $4'I 3{$
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR c>{X( Z=2
END oP5G*AFUq
zC!]bWsD
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。 e"hm|'
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。 nVw]0Yl
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