设计一个超广角的镜头:SYNOPSYS 光学设计软件
VWrb`p@ 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? .~X&BY>qP 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: E?S 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。 <FfmDR 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:  ko~D;M: RLE /<1zzeHRSD ID WIDE-ANGLE DESEARCH 13fyg7^JP WAVL .6562700 .5875600 .4861300 3v~[kVhoG APS 5 *yYeqm UNITS MM 4Q:r83# OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 ~rlPS#]o S4VM(~,o 0 AIR wizLA0W 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR X}g"_wN,g> 1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 B*:W`}G]_c 1 GLM 1.50000000 55.00000000 ||Vx:(d7D& 2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR BAojP1}+, 3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 l~mj>$ 3 GLM 1.50000000 55.00000000 VUC_|=?dL 4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR YRQ?:a{H END <l5s[ ~d-Q3n?zR 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。 b8**M'k CORE 16 pgPm0+N
DSEARCH 2 QUIET ogqKM_ USE CURRENT 5 ALL AnoA5H $B`ETI9g-N GOALS |E&|6h1 ELEMENTS 5 wRg[Mu,Q5 FNUM 2 1 s9SUj^ BACK 10 SET Y>x3`f] STOP MIDDLE oiOu169] STOP FREE ^%O$7* ASPH Q q);oO\< ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 +wfZFJ:1l FOV .2 .4 .6 .8 1 5xQ5)B4k DELAY OFF mQ3gp&d3W NGRID 6 ;H9 W:_ahE SNAP 10 =
u&dU'@q PLASTIC 5 7 9 11 13 hqa6aYY x !QUICK 30 40 5?.!A
'zb ANNEAL 50 10 Q :XOjS[wBm NPASS 50 #vc!SI END vAjog])9s SPECIAL AANT pm2] ACC 10 1 1 F^&@[k7WW ACA 70 1 10 XB a^
A LUL 90 .1 1 A TOTL qe/5'dw END xeKm} MN]S vhzz(UPUt GO WBR# Ux E:;MI{;7 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。 _&[ -< cu 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。 5"bg8hL 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。 Y=,9 M 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。 8( Q[A 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: y5 X FJj 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。 BZIU@^Q_Y[ 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。 n`!6EaD 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 $ago APS -10 pcQgWjfS _#we1m 由于我们改变了YP0的数量,目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果,但是现在我们必须把它放在那里。在WS编辑窗格中,我们输入APS -10 来在表面10上放置一个真正的光阑。然后我们从PANT文件中删除变量VY 0 YP1,优化并退火。 8:2Vib$ 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。 I8|"h8\ 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。 wbI1~/ 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
IFW7MF9V 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。 FGeKhA 8jT 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) X{ :3UTBR 图6所示.所有真实材料的镜头。 _|{Z850AS 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。 x6ayFq= 图8.场上的衍射PSF。 dj}|EW4 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。 g?*D)WU ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 ]W5p\(1g ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 M"-.D;sa1 WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ]YOWCFAQot APS -10 -Rx;"J.H UNITS MM &8I*N6p:%/ OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 lq a~ZF* 0 AIR 40z1Qkmaey 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR NC iBn>=: 1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 UID`3X 1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 xrI9t?QaCb 1 CTE 0.630000E-05 S,Q(,e^& 1 GTB O 'S-LAH59 ' 8idI Jm%y 2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR )`6OSB 3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 d(9-T@J 3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 (W }DMcuSd 3 CTE 0.620000E-05 ?}= $zN 3 GTB O 'S-LAH55V ' N#@v`S 4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR -9Ygn_M 5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 #w8.aNU+] 5 CC 100.00000000 tI5*0 7 BB_(!omq[ 5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 [.w `r>kZI 5 CTE 0.630000E-04 hjhZ":I. 5 GTB U 'OKP4RX50 ' ^/#8 " 5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 U#<{RqY 5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Fc=6*.hy 5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 K3h"oVn 5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Tt=;of{ 5 PLASTIC +;=>&XR0m 6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR b *3h}n; 6 CC -4.75816695 Z,"YMUl' 6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0k4XVd+Nv 6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 P+C5
s 6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ly6dl 6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 [;o>q;75Jz 7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 .~TI% 7 CC -100.00000000 e E(+ 7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 o 9(x\g 7 CTE 0.630000E-04 *pAB dP+ 7 GTB U 'OKP4RX50 ' }J2f$l>R 7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 E`{DX9^ 7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 MBnxF^c&P 7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 }SyK)W5Y 7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 N/<c;"o 7 PLASTIC }5}>B * 8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR l.Z+.<@ 8 CC -0.58536337 d/awQXKe7 8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 oel?w e6 8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 bH :C/P<x 8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 9e}%2, 8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 3(gOF&Uf9 9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 c%&*yR 9 CC -3.39966178 25r3[gX9` 9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 1]vDM&9 9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 xsN OjHk 9 CTE 0.900000E-04 9xE_Awlc85 9 GTB U 'ZEON330R ' :LC3>x`: 9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 .q!i
+0 9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 1/6}E]-F 9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 AJ3Byb=. 9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 m Ph=bG 9 PLASTIC kV8qpw}K 10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR NzN"_o jM 10 CC -4.25736209 P
m&^rC; 10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 fZ^ad1o 10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 %:Y(x$Qy 10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0%,?z`UY 10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Hw62'% 11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 #\O'*mz 11 CC 1.69037601 !1A< jL 11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 #&?}h)Jr' 11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 D=Yr/qc? 11 CTE 0.900000E-04 bfpoX,: 11 GTB U 'ZEON330R ' 2 gca* 11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 77wod}h!: 11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 :)kHXOb. 11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 8:0,jnS
11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 7{9M
^.} 11 PLASTIC DG&aFmC 12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR JxEz1~WK & 12 CC -0.19799751 Y##lFEt 12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 L:Mjd47L 12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 7(P4KvkI 12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 'MNCJ;A@V 12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
AsvH@\\ 13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 'Z%1Ly^b 13 CC -0.64163783 e-1G\}E 13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 `)MKCw$e 8 O`aNNy 13 CTE 0.630000E-04
.C5JQO 13 GTB U 'OKP4RX50 ' Lr=^0 13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 "5?1S-Vl 13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 02,.UqCz 13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 2!9Zw$ 13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 {>XoE % 13 PLASTIC c\O2|'JzE 14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR BHErc\ITP 14 CC -0.05459002
5PC:4 14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 17 0r 5 14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 x3.,zfWs 14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 wM3m'# xJ 14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 FJxb!-0& 15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ={;+0Wjb8 END 1K R4Wq@ |WfL'_?$ 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。 F" 4;nU 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。 kg,\l9AM
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