设计一个超广角的镜头:SYNOPSYS 光学设计软件
q ~lW
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？ O ;"%z*g.
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: u:|5jF
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。 1??RX}8[L+
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：  llJ)u!=5
RLE ( d.i np(
ID WIDE-ANGLE DESEARCH @hv]
[( <
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 !j@ 8:j0WY
APS 5 ~XRr }z_Lq
UNITS MM 0fNBy^(K
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 HIAd"}^
*lSIT ]1
0 AIR 8wd2\J,]
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR ~ln,Cm} 4
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 B HYEd}M
1 GLM 1.50000000 55.00000000 ] $ *cmk(Y
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR A{vG@Pwc:
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 M?o`tWLhF
3 GLM 1.50000000 55.00000000
LWE
!+(n
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR /k,p]/e
END VTdZ&%@
} e$);A|
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。 S3m+(N" &
CORE 16 $- L)>"
DSEARCH 2 QUIET <LE>WfmC
USE CURRENT 5 ALL ZmDr$iU ~
g;pymz
GOALS rRW&29A
ELEMENTS 5 Jor?;qo3
FNUM 2 1 _)Ms9RN
BACK 10 SET P\R3/g
STOP MIDDLE $H}Q"^rs
STOP FREE li[g =A,
ASPH Q o0q{:An_Z
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 +qdK]RR}
FOV .2 .4 .6 .8 1 &'R]oeag
DELAY OFF 11u qs
S2
NGRID 6 -3Ffk:
SNAP 10 sf L Bi~*j
PLASTIC 5 7 9 11 13 4 _ 3\4
!QUICK 30 40 O_03 3&
ANNEAL 50 10 Q C`ok{SNtUy
NPASS 50 J_,y?}.e3
END 4Pd Fq*A
SPECIAL AANT l\eq/ yg_
ACC 10 1 1 vg V 0a{u"
ACA 70 1 10 x>K em$z
LUL 90 .1 1 A TOTL S=o/n4@}
END ~_q\?pw<$L
,[x'S>N
GO B :l(`G
Sb<=ROCg @
在此文件中，我们指定了10 mm的后焦距，使用SET指令修复。 DSEARCH允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如BACK 10，程序会在末尾添加YMT求解并在AANT文件中包含一个目标来控制结果值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加YMT求解。 对于困难的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚拟图像的系统时。 Cpr}*A
我们要求最大元件厚度为10毫米，总长度上限为90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线截距角限制在不超过70度。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射射线，由于涂层问题，这是不切实际的。 +XQ6KG&
请注意，在这种情况下我们不使用QUICK选项。 对于更简单的工作来说，这是一个强大的工具，但这个工作并不那么简单，我们需要在每个候选系统上进行全面优化。 我们在上面注释了这一点，强调了这一点。 -Fb/GZt|
最后一点：我们在上面的输入中给出了FNUM请求的权重。 如果我们不这样做，程序将通过UMC求解来控制F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。 同样，对于像这样的困难设计，我们必须引导一些事情。 通过在FNUM线上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制AANT文件中的F /number，而不是曲率求解。 </eh^<_~
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此DSEARCH文件。 大约两分钟后我们看到了结果： "_^FRz#h
DSEARCH绘制了它发现的10种最佳设计，其中大多数实际上非常好。 #M:W?&.
好的，我们正在顺利进行，但我们需要在某种程度上改进设计。 我们运行DSEARCH为我们制作的MACro优化，镜头变化很小。 c;Li~FLR
现在我们必须检查视场的质量。 在PAD中，我们单击PAD工具栏中的“扫描”按钮  ，然后观察到靠近曲面10的不明显的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中你能期望什么？我们必须控制它 v e$P=ZuM
APS -10 <J- aq;p
2/GH5b (
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。 g\ke,r6
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。 `VH m,g2
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。 QF>H>=Za=
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 twJck ~l~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。 A2B&X}K| U
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） iVFn t!
图6所示.所有真实材料的镜头。 bBZvL
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。 $T1c{T6n}
图8.场上的衍射PSF。 1$c */Tc:E
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。 ;m\E9p le
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 7JujU.&{6
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 o;"!#Z 1SJ
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 w ^ r*qi"
APS -10 Q
(`IiV
UNITS MM ;$86.2S>B
OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 p 0-\G6
0 AIR /({5x[
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR #0weN%
1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 7UMsKE-
1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 |u03~L9G
1 CTE 0.630000E-05 ;Eck7nRA )
1 GTB O 'S-LAH59 ' KxY|:-"Tt
2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR ,O2U j 3"
3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 nwz}&nR
3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 xe
6x !
3 CTE 0.620000E-05 7%aB>uA
3 GTB O 'S-LAH55V ' 0O[q6! &]
4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR ;v.l<AOE
5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 ) ]v vp{
5 CC 100.00000000 r&^4L
7 M 5D,YC3<
5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 Wkf)4!
5 CTE 0.630000E-04 >b/Yg:t
5 GTB U 'OKP4RX50 ' <n0-zCf
5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ?vvjwys@
5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 bvAO( `
5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 wZ29/{,
5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 +&JF|#FQ`
5 PLASTIC ww=< =
6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR :I1bGa&I
6 CC -4.75816695 #U'n=@U@(
6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 e=Yv M g
6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 %2V_%KA
6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 GX(p7ZgB2
6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 c D7q;|+
7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 #t9&X8:U
7 CC -100.00000000 ,)%nLc
7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 KWM.b"WnXr
7 CTE 0.630000E-04 eml(F
7 GTB U 'OKP4RX50 ' C}wmoYikV
7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 I/fERnHM/+
7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 7
pp[kv;!G
7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 GQT|T0>Ro
7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 GN(PH/fO9
7 PLASTIC .,-t}5(VSq
8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR XVE(p3-
8 CC -0.58536337 Gu9Ap<>!
8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |7%M:7 Q
8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 'Ko
T8g\b
8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 pM.>u/=X
8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 km.xy_v
9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 ?2QssfB
9 CC -3.39966178 gy,B+~p
9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 4,UvTw*2z
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 b1E>LrL
9 CTE 0.900000E-04 -k")#1
9 GTB U 'ZEON330R ' 0t'WM=W<!8
9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 e nE8T3
9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 HP"5*C5D
9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 8+Oyhd*|
9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Ez+.tbEA,
9 PLASTIC ,"5Fw4G6*
10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR PudwcP {
10 CC -4.25736209 @<r ;>G
10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 (?;Fnq
10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 P]1`=-
10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 #|xK> ;
10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 "=N[g
11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 FNtcI7
11 CC 1.69037601 H~Hh $ -z
11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 8?J \
11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Q3'\Vj,S&
11 CTE 0.900000E-04 `p Oiv&>
11 GTB U 'ZEON330R ' S3A OT
11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ="JLUq*]s
11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 CZuV{Oh}?
11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 X70G@-w
11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 5$`ihO?
11 PLASTIC grp1nWAs
12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR wk' |gI[W
12 CC -0.19799751 Vd1.g{yPV
12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 P0Z1cN}
12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 $
nx&(V
12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 a}c .] zm]
12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 z%<Z#5_N
13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 LSs!U
3"
13 CC -0.64163783 UPfH~H[1)
13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 (ylpH `
8 ]9pK^<
13 CTE 0.630000E-04 %lF}!
13 GTB U 'OKP4RX50 ' 4U( W~O
13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 h}nceH0s3d
13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 8F9sKRq|rO
13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 k}(C.`.
13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Hw-,sze j"
13 PLASTIC nB[Aw7^|A
14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR 8*k#T\
14 CC -0.05459002 `%S Fu
14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 R/VrBiw
14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 T O ^}z
14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 %3M1zZY
14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 =$` EB
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR :7
Ro9z8
END *fQ $ s
s,!+wHv _8
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。 !vH7 vq
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。 -Jr6aai3+
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