设计一个超广角的镜头:SYNOPSYS 光学设计软件
Z:x`][vg
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？ `0q=Z],
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: 5^ ubX A
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。 RwrRN+&s\
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：  q%v el.L]%
RLE [ fvjvN`
ID WIDE-ANGLE DESEARCH CMv8n@ry
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 H`q[!5~8
APS 5 TA:#K
UNITS MM =9p3^: S
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 o :4#Ak S
.We{W{
0 AIR ZIh)D[n
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR /?TR_>
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 Up_"qD6
1 GLM 1.50000000 55.00000000
/ Q:mUd
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR Au (o Ks<
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 "K+EZ%~<
3 GLM 1.50000000 55.00000000 I};*O6D`
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ^1 _[UG
END g\IwV+iDf
]TcQGW@'
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。 U. $Th_
CORE 16 :c8d([)$
DSEARCH 2 QUIET K,U 8 vc
USE CURRENT 5 ALL vO/ 3bu}
Y Zt d IG
GOALS |*-<G3@
ELEMENTS 5 `}bvbvmA
FNUM 2 1 }*qj,8-9
BACK 10 SET ,LmP >Q.
STOP MIDDLE O;}K7rSc
STOP FREE !<~ cjgdx
ASPH Q C[#C/@
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 DpT$19 Q+
FOV .2 .4 .6 .8 1 F=#V/ #ia
DELAY OFF zf^|H%
~^
NGRID 6 fYh <S
SNAP 10 x5/&,&m`%
PLASTIC 5 7 9 11 13 SZ R`uS
!QUICK 30 40 z%lJWvaA7
ANNEAL 50 10 Q 8B( v6(h
NPASS 50 N0NFgW ;
END >&7^yXS
SPECIAL AANT O(D2F$VlL
ACC 10 1 1 T"gk^.
ACA 70 1 10 r=54@`O!
LUL 90 .1 1 A TOTL yq^Ma
END &CN(PZv
{0-rnSjC
GO m&'!^{av
1Ax;|.KQH
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。 GC fVH?Vx
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。 wQ@:0GJH
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。 6f
?,v5
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。 b >k 2@
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： K( d+t\ca
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。
~vM99hW
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。 Z|ZB6gP>h1
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 KNj~7aTp
APS -10 ?.H]Y&XF
8]R{5RGy
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。 #Q*V9kvU/H
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。 BfVh\ lkH
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。 Qh-:P`CN
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 BHZhdm@),
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。 +"=ydF.9
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） HiH<'m"\.
图6所示.所有真实材料的镜头。 w&Gc#- B
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。 u*,>$(-u
图8.场上的衍射PSF。 CgYX^h?Y9
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE文件如下。 您可以复制这些行并将其粘贴到EE编辑器中。 / !MKijI
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 2+~gZxHq
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 G43r8 5LO
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 X ,^([$
APS -10 1<_/Qu>V
UNITS MM T&b_*)=S
OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 K :~tZ
0 AIR BOq9\g`5s
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR (j??
1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 rPGj+wL5-
1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 a_?b <
1 CTE 0.630000E-05 `.3@Ki~$#
1 GTB O 'S-LAH59 ' ?2dI8bG
2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR P Je_qP
3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 )7o? }"I
3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 3 2%Fdz1S
3 CTE 0.620000E-05 tpO '< b
3 GTB O 'S-LAH55V ' G'PZ=+!XO/
4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR &vn2u bauS
5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 !U 1
vW}H
5 CC 100.00000000 pi/0~ke4"
7 G
:k' m^k
5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 AovBKB
$
5 CTE 0.630000E-04 ugE!EEy [^
5 GTB U 'OKP4RX50 ' [(5. ?
5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 cBZEyy&
5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 y1Z>{SDiq
5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 {+E]c:{
5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Ef 28
5 PLASTIC IM/xBP
6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR PoPR34] ^J
6 CC -4.75816695 3,6f}:CG
6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 =|ODa/2 p
6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 q` IY;"~
6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 qIsf!1I?
6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 mTxqcQc:7
7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 <p*k-mfr
7 CC -100.00000000 ,qv\Y]
7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 -D'Xx OI
7 CTE 0.630000E-04 `?3f76}h
7 GTB U 'OKP4RX50 ' S)j( %g
7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 LR>s2zu-
7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 p^RX<L/\=_
7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 2%`=
LGQC
7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 /(51\RYkir
7 PLASTIC ?Y,^Mo c:
8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR }_XiRm<
8 CC -0.58536337 4\
Xaou2V[
8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Z/ jm i
8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 4 ^bt ~{}
8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
;(Ug]U%3_
8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 R )Ar r77
9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 ob;|%_
9 CC -3.39966178 D_czUM
9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 !W@mW
5J|
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 o9 "? z
9 CTE 0.900000E-04 -kMw[Y
9 GTB U 'ZEON330R ' "IT7.!=@9
9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2(@2 z[eKr
9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 uMZ~[S z
9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 n>j2$m1[
9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 # 5)/B
9 PLASTIC eDZ8F^0
10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR \+O.vRc"M
10 CC -4.25736209 6` TwP\!$/
10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 =zK4 jiM1
10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 \j62"
10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 wb?k
10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Hf]:m hH
11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 3rH }/`d4
11 CC 1.69037601 D4 8e30
11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 4i)5=H
11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ' !7>*<
11 CTE 0.900000E-04 208 ^Yu
11 GTB U 'ZEON330R ' U,EoCAm>
11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 S1U0sP @o
11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Nb&j?./
11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 @`4T6eL5
11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 S7f.^8
11 PLASTIC m.Zy$SDj(
12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR _90D 4kGU
12 CC -0.19799751 Y|fD)zG_
12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ]wU/yc)e
12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 lTMY|{9
12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ZPG,o5`%
12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 P>X[}
13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 ?IHt T3'Rt
13 CC -0.64163783 c.IU qin
13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 @9HRGxJ =}
8 AF{uF na
13 CTE 0.630000E-04 rx gSQ+G_
13 GTB U 'OKP4RX50 ' `z(o01y
13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 W<X3!zuKSg
13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 3&^hf^yg
13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ))|d~m
13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 SZ9Oz -?
13 PLASTIC .h=n [`RB
14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR N<rq}^qo
14 CC -0.05459002 ]i.N'O< p
14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 O>]i?
14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 z!3=.D
14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0>BxS 9?w
14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 j9 >[^t3U
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR Fpr dP*/
END $C7a #?YF,
{q)d
让我补充一些技巧性。 这种设计很棘手，如果你是SYNOPSYS的新用户，并且事情进展并不顺利，你将不知道该怎么做。 请注意，在本练习中我们没有使用曲率或厚度求解，因为超广角镜头的常见问题是试图避免光线失败。 虽然使用解决方案在数学上具有完美的意义，但它们可能会导致这种镜头出现这种问题。 此外，在设计基本完成之前，我们没有使用真正的光瞳。 真实光瞳搜索是强大但不可靠，并且利用这种大角度光线和非球面系数，很容易进入无解。 所有这些都可以通过使用无瞳来避免直到设计形状良好。 DlUKhbo$g
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。 U*= E(l
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