设计一个超广角的镜头:SYNOPSYS 光学设计软件

)rm4cW_
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？ 9Q.#\
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: k'3Wt*i
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。 xDLG=A%]z
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：

>:1P/U
    RLE UE"GJt`I
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH cg{AMeW
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 z#6?8y2-
     APS               5 F0lOlS
     UNITS MM bt/ =Kq#
     OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 7cTk@Gq
hdma=KqZ(
       0 AIR %)(Cp-b!
    0    CV  1.0000000000000E-09 AIR & E}mX]t
    1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 bPbb\|u0d
    1    GLM      1.50000000             55.00000000 kcuzB+
    2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR 19UN*g3(
    3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 5&!c7$K0
    3    GLM      1.50000000             55.00000000 O XP\R
    4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR    5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR H17-/|-;0!
    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。

ec3<%+0f
    CORE 16 R.9V,R5
    DSEARCH 2 QUIET 23]Y<->Eu<
    USE CURRENT 5 ALL z@ 35NZn
gABr@>Vv
    GOALS /j2H A^GT
    ELEMENTS 5 Cb;WZ3HR
    FNUM 2 1 T^.Cc--c
    BACK 10 SET 9&]M**X
    STOP MIDDLE wq!iV |
    STOP FREE #FxPj-3(ix
    ASPH Q pv)`%<
    ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 \}0-^(9zd
    FOV .2 .4 .6 .8 1 ""iaGH+Cxw
    DELAY OFF /0MDISQy9
    NGRID 6 @R|'X
    SNAP 10 qoMfSz"(
    PLASTIC 5 7 9 11 13 XzIx:J6
    !QUICK 30 40 07v!Zj
    ANNEAL 50 10 Q <If35Z)~
    NPASS 50 q8P.,%
    END [{u(C!7L`
    SPECIAL AANT c]k*}W3T
    ACC 10 1 1 _HOIT
    ACA 70 1 10 `{v?6:G:Q
    LUL 90 .1 1 A TOTL XRN+`J
    END ~wm;;#_O
4'1m4Ugg
    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

&C<yfRDu
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。

r;>+)**@vl
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 ~5 N)f UI\
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 inb^$v
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 +ECDD'^!
    APS -10 ) /vhclkb
    UNITS MM d$ACDX2
    OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 p^kUs0$GS
    0 AIR 6d[_G$'nk
    0 CV 1.0000000000000E-09 AIR ,fDEz9-,
    1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 eK_*2=;XRW
    1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 }TQ{`a@
    1 CTE 0.630000E-05 TcTM]ixr
    1 GTB O 'S-LAH59 ' o{b=9-V
    2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR gF=jf2{YX
    3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 7M_U2cd|TD
    3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 $0oO &)*
    3 CTE 0.620000E-05 _mvxsG
    3 GTB O 'S-LAH55V ' -~[9U,
    4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR AmPMY:1i"
    5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 G0 J4O!3
    5 CC 100.00000000 bi y4d
    7 AUVgPXOwd
    5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 hRI"y":zD
    5 CTE 0.630000E-04 qSqI7ptA\
    5 GTB U 'OKP4RX50 ' {gA\ph%s
    5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Ma*y=d;,1
    5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 '3]p29v{
    5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 iB0WEj[?
    5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 3nZ9m
    5 PLASTIC $mmup|;(
    6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR ev0oO+u
    6 CC -4.75816695 n~V4nj&_T
    6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -!;l~#K=
    6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 jc[_I&Oc_
    6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 M2x["
    6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 l\AMl \
    7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 t>GfM
    7 CC -100.00000000 )D'^3)FF
    7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 P&d"V<
    7 CTE 0.630000E-04 Q-Ux<#
    7 GTB U 'OKP4RX50 ' [3l*F
    7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 [ xOzzp4
    7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 4nH*Ui!T
    7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 9=w|)p )
    7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 x^|Vaf
    7 PLASTIC kg][qn|>J]
    8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR ML-)I&>tT
    8 CC -0.58536337 zf4Ec-)
    8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ""Zp:8o
    8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 scuHmY0
    8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 IKMeJ(:S
    8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 id<:p*
    9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 v5;I]?72l~
    9 CC -3.39966178 6)oLus
    9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 x:vu'A
    9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 w{~+EolK
    9 CTE 0.900000E-04 lf>*Y.!@me
    9 GTB U 'ZEON330R ' \Gm-MpW
    9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 E_F5(xSA
    9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 {7cX#1
    9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 4!asT;`'
    9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 lnovykR
    9 PLASTIC ZT02"3F
    10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR /vY_Y3k#
    10 CC -4.25736209 I$Qs;- (
    10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 qQpnLV4
    10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 =ji1S}e~p
    10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 dC=)^(
    10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 *5zrZ]^
    11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 "fg](Cp[z
    11 CC 1.69037601 %}86D[PF
    11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 M3p
    11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 >FhK#*Pa
    11 CTE 0.900000E-04 U.AjYez
    11 GTB U 'ZEON330R ' |K?#$~
    11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2,lqsd:xM
    11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 LG~S8u
    11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 wU#F_De)R:
    11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 w ;daC(:
    11 PLASTIC )uv=S;+
    12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR p^(&qk?ut
    12 CC -0.19799751 r]W
    12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 n~g)I&
    12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 8 #ndFpu
    12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 6"c1;P!4
    12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Te2zK7:
    13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 h25G/`
    13 CC -0.64163783 Ca%g_B0t
    13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 %Pksv}
    8 b{fQ|QD{^E
    13 CTE 0.630000E-04 liR?
    13 GTB U 'OKP4RX50 ' _k^0m
    13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 V\V)<BARe
    13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 gPAX4'
    13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 L< zD<M
    13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 1!pa;$L
    13 PLASTIC 7_2kDDW0
    14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR jjJ2>3avY
    14 CC -0.05459002 fN"(mW>!
    14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 y=Mq(c:'UN
    14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 bYz&P`o}
    14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Z):n c% S
    14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0&ByEN99
    15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR GE>[*zN
    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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