设计一个超广角的镜头:SYNOPSYS 光学设计软件
"Q-TLN5(
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？ ^jq QG+`?
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: yB,$ 4:C
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。 m)g:@^$
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：  Y!"LrkC
RLE y/Paq^Hd
ID WIDE-ANGLE DESEARCH "0pu_
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ):kDWc
APS 5 ms`R ^6Ra
UNITS MM Z;-=x p
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 k0Rd:DxO
5Ta<$ t
0 AIR Jvgx+{Xu
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR DTH;d-Z
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 .\" .}4qQ
1 GLM 1.50000000 55.00000000 j/ow8Jmc*
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR OXT 5
y)
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 'QeCJ5p]
3 GLM 1.50000000 55.00000000 sWa`-gc
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR { ZrIA+eH
END |eU{cK~e^
7vF+Di(B
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。 K!=Y4"5%
CORE 16 lpv Z[^G
DSEARCH 2 QUIET *QH@c3vUe\
USE CURRENT 5 ALL MZZEqsD5 [
x2%xrlv<J/
GOALS Py_yIwQqg
ELEMENTS 5 )O;6S$z9Y
FNUM 2 1 I!Z=3 $,
BACK 10 SET ^T2o9f
STOP MIDDLE r01Z
0>
STOP FREE "}fJ 2G3
ASPH Q EhB0w; c
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3k3-Ts
FOV .2 .4 .6 .8 1 oG{0 {%*@
DELAY OFF }M7{~ov#s
NGRID 6 !8~A `
SNAP 10 b\^X1eo
PLASTIC 5 7 9 11 13 +&bJhX
!QUICK 30 40 !Pd@0n4
ANNEAL 50 10 Q ktF\f[
NPASS 50 w=JO $7
END x
*:v]6y
SPECIAL AANT %wil'
ACC 10 1 1 ,58XLu
ACA 70 1 10 *62Cf[a
LUL 90 .1 1 A TOTL .=G ?Zd
END N_L ~oX _
5y^I~"_ i
GO V?t56n Y}
)IBvm1
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。 S,0h
&A9
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。 f(S 9>c2
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。 }IJE %
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。 )?y ${T
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此DSEARCH文件。 大约两分钟后我们看到了结果： t9l]ie{"o.
DSEARCH绘制了它发现的10种最佳设计，其中大多数实际上非常好。 =Vi e0TV&h
好的，我们正在顺利进行，但我们需要在某种程度上改进设计。 我们运行DSEARCH为我们制作的MACro优化，镜头变化很小。 6K Cv
现在我们必须检查视场的质量。 在PAD中，我们单击PAD工具栏中的“扫描”按钮  ，然后观察到靠近曲面10的不明显的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中你能期望什么？我们必须控制它 h8XoF1wuw
APS -10 Z; 6N 7 U
p ; ]Qxh
由于我们改变了YP0的数量，目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果，但是现在我们必须把它放在那里。在WS编辑窗格中，我们输入APS -10 来在表面10上放置一个真正的光阑。然后我们从PANT文件中删除变量VY 0 YP1，优化并退火。 emT/5'y
这是一个非常有前途的设计，所以让我们替换成真实的材料。 打开MRG对话框，选择U目录（仅匹配塑料透镜），QUIET，SORT，然后单击OK。 镜头材料现在是真正的塑料材料。 p`qy57
图5.带是真正塑料材料的镜头取代了最后五个透镜的玻璃材料。 NdxPC~Z+
我们差不多完成了。 我们将继续优化镜头，我们不希望我们的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从PANT文件中删除所有VY sn GLM行并用VLIST GLM ALL替换它们 .o#A(3&n
这只会改变第一和第二元件的当前玻璃模型的材料。 再次优化和退火。 Dbl3ef
现在我们再次运行MRG，这次选择Ohara目录。 该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑料。 设计回归与以前一样好，如图6所示。（L41L1） 5FMe &
图6所示.所有真实材料的镜头。 .D3k(zZ
我们做得怎么样？ 让我们来看看视场上的衍射图案。 转到MPF对话框，选择“显示可视外观”，然后单击“执行”。 结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 eL" +_lW
图8.场上的衍射PSF。 ~~r7T Pq
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE文件如下。 您可以复制这些行并将其粘贴到EE编辑器中。 utzf7?nIS
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 Yj"{aFK#u@
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 u(W>HVEG
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 HkPdqNC&
APS -10 0<FT=tKm
UNITS MM u~8=ik n+T
OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 3D }Pa
0 AIR W\EvMV"
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR ;Up dkY
1
1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 `c)[aP{vN
1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 A1Es>NK[qW
1 CTE 0.630000E-05 7TtDI=f
1 GTB O 'S-LAH59 ' %`bn=~T^
2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR NG5k9pJ
3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 ~F " w
3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 w ,*#z
3 CTE 0.620000E-05 f4;V7DJ
3 GTB O 'S-LAH55V ' Vd;N T$S$
4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR RF[Uy?e s
5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 a9_KoOa.H
5 CC 100.00000000 (M# m BS
7 3~%M4(
5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 oH(a*i
5 CTE 0.630000E-04 ;$vVYC
5 GTB U 'OKP4RX50 ' 1\aV4T
5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 }SFmv},Ij
5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ThY\K>@]
5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 14`S9SL{V
5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 5SEGV|%
5 PLASTIC KFBBqP
6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR Ca["tks
6 CC -4.75816695 eIj2(q9
6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Z|B`n
SzH
6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 9 ^CuSj
6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 BsR3 $
6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 |JiN;
O+K
7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 CG
,H
7 CC -100.00000000 A ;TNR
7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 P N(<=v&E
7 CTE 0.630000E-04 &,QBJx<#
7 GTB U 'OKP4RX50 ' qzWn l[3
7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 RF
[81/w]
7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 yu jv^2/
7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 J ql$
g
7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 \0;EHB
7 PLASTIC Lh-+i
8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR E~S~Ld%
8 CC -0.58536337 Q sPZ dC
8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 * $|9e
8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 *-3*51 jW
8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 D1V^Db Um_
8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 B$G9#G6pZ
9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 1QbD ]"=n
9 CC -3.39966178 zUA
-
9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 F!RP *
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 LYuMR,7E
9 CTE 0.900000E-04
u yo V)
9 GTB U 'ZEON330R ' V8 G.KA "
9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ?s] ?2>p
9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 m' eM&1Ba
9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 q4niA
9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 R=C+]
9 PLASTIC 2E.D0E Cu
10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR +;a\
gF^
10 CC -4.25736209 7Q|v5@;pU
10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 (r-PkfXvIf
10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 *>T@3G.{Rm
10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 VO<P9g$UD
10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 2 U3WH.o
11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 h`D+NZtWm
11 CC 1.69037601 J@IF='{
11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 (/|f6_9 !
11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ^=
'+#|:
11 CTE 0.900000E-04 W"g@*B'|
11 GTB U 'ZEON330R ' AQs_( LR
11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Z#@<|{eI
11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 T9AFL;1
11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 +L
pMNnl6
11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ,ysn 7Y{Y
11 PLASTIC zLjQ,Lp.I
12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR nC\LDeKc
12 CC -0.19799751 F D.L{
12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 CMfR&G,)
12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 S^)xioKsJ
12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 x KXD`-|W
12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
e9eBD
13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 cK t8e^P
13 CC -0.64163783 G}`Hu_ [\)
13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 k&o1z'<C
8 H?j}!JzAC
13 CTE 0.630000E-04 gal.<SVW
13 GTB U 'OKP4RX50 ' $B@K
13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Cce{aY
13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 .*L_*}tno
13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 G=>LW1E|
13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 _UUp+Hz
13 PLASTIC tH9B C5+r}
14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR Jek)`D
14 CC -0.05459002 D?P 1\<A ~
14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Zc*gRC
14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 d<v)ovQJ]
14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 E" b" VB
14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 / Hexv#3
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR !,N),xG}~
END >=n g ?
z*&r@P
-
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。 G 8F43!<
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。 9h'klaE(
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