设计一个超广角的镜头:SYNOPSYS 光学设计软件
aS+i`A :a 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? NV3oJ0f&2 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: j<vU[J+gx~ 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。 /5:qS\Zl 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:  PO0/C q) RLE Nbm$ta ID WIDE-ANGLE DESEARCH i]zTY\gw8M WAVL .6562700 .5875600 .4861300 `6G:<wX APS 5 0h"uJco, UNITS MM ,Q8h#0z r OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 ;;zd/n2b Lor__
K 0 AIR xT8!X5; 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR A)TO<dl 1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 mp0!S
1 GLM 1.50000000 55.00000000 OKNGV,{` 2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR 'i8?]`
T 3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 MAG/7T5 3 GLM 1.50000000 55.00000000 2!Pwg0%2 4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR %VgK::)r END n,|YJ,v[ FHZQyO<| 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。 $/P\@|MqYQ CORE 16 A@I3:V DSEARCH 2 QUIET G4,BcCPQ USE CURRENT 5 ALL ]iiB|xT ev(E GOALS H~ =;yy ELEMENTS 5 SQf.R%cg$ FNUM 2 1 N_y#Y{c{( BACK 10 SET c *Pt;m STOP MIDDLE 7Y*Q)DDy STOP FREE iSj.lW ASPH Q E&|EokSyN ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 v7D3aWoe FOV .2 .4 .6 .8 1 O:[@?l DELAY OFF >tV:QP]Y NGRID 6 1?#Wg>7' SNAP 10 q&EwD(k PLASTIC 5 7 9 11 13 'J#uD|9) !QUICK 30 40 \&%y4=y<sE ANNEAL 50 10 Q 3-
4jSN\ NPASS 50 ;?!pcv Ui END (I(k$g[> SPECIAL AANT )mRKIM}*W ACC 10 1 1 Kl+4A}Uo ACA 70 1 10 ;Q%3WD LUL 90 .1 1 A TOTL ;F>I+l_X END %Z#[{yuFs ,koG*sn GO ))#_@CwRr }{
"RgT-qG 在此文件中,我们指定了10 mm的后焦距,使用SET指令修复。 DSEARCH允许您以三种方式控制该距离:如果您只是给出一个距离,例如BACK 10,程序会在末尾添加YMT求解并在AANT文件中包含一个目标来控制结果值。 如果添加权重因子(例如BACK 10 100),则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值,在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在,程序将简单地将后焦距设置为输入值,在这种情况下为10,并且不会添加YMT求解。 对于困难的设计,这通常是一个很好的选择,特别是当其他选项返回带有虚拟图像的系统时。 y O?52YO 我们要求最大元件厚度为10毫米,总长度上限为90毫米,以保持合理。 此外,我们将光线截距角限制在不超过70度。 否则,对于像这样的大角度,可以在全视场获得掠入射射线,由于涂层问题,这是不切实际的。 x\6 i (k- 请注意,在这种情况下我们不使用QUICK选项。 对于更简单的工作来说,这是一个强大的工具,但这个工作并不那么简单,我们需要在每个候选系统上进行全面优化。 我们在上面注释了这一点,强调了这一点。 m_>~e}2'A 最后一点:我们在上面的输入中给出了FNUM请求的权重。 如果我们不这样做,程序将通过UMC求解来控制F /number,并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。 同样,对于像这样的困难设计,我们必须引导一些事情。 通过在FNUM线上添加权重,程序将最后一个面的曲率视为变量,并控制AANT文件中的F /number,而不是曲率求解。 0'tm., 好的,我们的输入已准备就绪,因此我们运行此DSEARCH文件。 大约两分钟后我们看到了结果: 05vu{> DSEARCH绘制了它发现的10种最佳设计,其中大多数实际上非常好。 8]0?mV8iOE 好的,我们正在顺利进行,但我们需要在某种程度上改进设计。 我们运行DSEARCH为我们制作的MACro优化,镜头变化很小。 |0aGX]Y 现在我们必须检查视场的质量。 在PAD中,我们单击PAD工具栏中的“扫描”按钮 ,然后观察到靠近曲面10的不明显的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中你能期望什么?我们必须控制它 N!=Q]\ZD APS -10 JWs?az OL$^7FB 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。 %Z6\W;
(n 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。 +jz%:D 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。 f%TP>)jag! 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 >CPoeIHK 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。 JQWW's} 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) H3"D$Nv 图6所示.所有真实材料的镜头。 cdsF<tpy 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。 ~6:y@4&F 图8.场上的衍射PSF。 } T<oLvS 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。 3q0^7)m0 ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 vE+OL8 V ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 vH9Gf WAVL .6562700 .5875600 .4861300
al:c2o APS -10 f@= lK?Pfh UNITS MM wPU<jAQyp OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 @](\cT64i3 0 AIR <E&"] 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR ;
+E@h=? 1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 s_ N]$3'[E 1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 s|=.L&" 1 CTE 0.630000E-05 auT$-Ki8 1 GTB O 'S-LAH59 ' t#[u
X? 2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR az ?2 3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 )IP{yL8c 3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 k@= LR 3 CTE 0.620000E-05 }D&fw=r"M 3 GTB O 'S-LAH55V ' IKV:J9 4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR aF\?X&| 5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 #ZRplA~C7] 5 CC 100.00000000 H/ 6GD,0 7 ]tVXao 5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 2i~qihx5^ 5 CTE 0.630000E-04 j?n:"@!G/ 5 GTB U 'OKP4RX50 ' R9z^=QKcH 5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 l6Q75i)eF 5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 N~An}QX| 5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 U)N_/ 5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 %L9A6%gr
5 PLASTIC +tXOP|X 6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR
b(~
gQM 6 CC -4.75816695 1$Pn;jg: 6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |O]oX[~ 6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 | <ZkJR3B 6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 7+I2"Hy 6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 8HLcDS# 7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 ^L<*ggw 7 CC -100.00000000 z!I(B^)BkT 7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 L){rv)?=" 7 CTE 0.630000E-04 lAwOp 7 GTB U 'OKP4RX50 ' =Jx,.|Bf 7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 oGLSk(T&I 7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 \ns#l@B 7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 SAEr $F^ 7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 E0 Vl}b 7 PLASTIC %8V/QimHU 8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR -'|pt,) 8 CC -0.58536337 THmX=K4=? 8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 4JHFn [% 8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 \8!&XcA 8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ZC1U 8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 D n?P~% 9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 >, &6zj 9 CC -3.39966178 I/s?]v 9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 F62arDA 9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 O>Nop5#o 9 CTE 0.900000E-04 Cse@>27s 9 GTB U 'ZEON330R ' T@]vjXd![ 9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 I$neE"wW 9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 +*Cg2` 9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 )]%GNdU 9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 yoj5XBM 9 PLASTIC <)]B$~(a 10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR By@<N [I@ 10 CC -4.25736209 F^=|NlU&% 10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 e3wFi,/@ 10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 )G6]r$M>o0 10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Kk~0jP_ B9 10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 56o?=| 11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 (0qdU; 11 CC 1.69037601 6!i0ioZzi0 11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 C<6IiF[>% 11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ~`{HWmah 11 CTE 0.900000E-04 [pmZ0/l 11 GTB U 'ZEON330R ' EYUr.#: 11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 F,e_ ` 11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 P$@5&/] 11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0X)'8N 11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 2D
MH@U2 11 PLASTIC Lvc*L6 12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR fj 19U9R 12 CC -0.19799751 Z\{WBUR;4t 12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 odquAqn 12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 =? x A*_^ 12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 7fl'nCo\" 12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 |J`YFv 13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 ;G~0 VM2| 13 CC -0.64163783 "wxs 13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 /+J?Ep(_ 8 lE[LdmwDrb 13 CTE 0.630000E-04 jjz<V(Sk 13 GTB U 'OKP4RX50 ' gB<p 13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 B\}E v& 13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 8\y%J!b 13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 -b(:kAwStk 13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 q[b-vTzI 13 PLASTIC qrNW\ME 14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR i[^?24~ c 14 CC -0.05459002 DSy,#yA 14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 7s5?^^ 14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 @dJ
s 14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 >lyUr*4PX 14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 r[M]2h 15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR GA6Z{U{XS END {TdKS *`);_EVc 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。 $K ,rVTU 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。 *s?&)][
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