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optics1210 2018-10-12 09:52

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"bg 8hL  
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=,9M  
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  
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:
y5XFJj  
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)W U  
    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 lqa~ZF*  
    0 AIR 40z1Qkmaey  
    0 CV 1.0000000000000E-09 AIR NC iB n>=:  
    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 ' 8idIJm%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 ?}= $zN  
    3 GTB O 'S-LAH55V ' N#@v`S  
    4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR -9Ygn_M  
    5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 #w8.aNU+]  
    5 CC 100.00000000 tI5*0  
    7 BB_(!omq[  
    5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 [.w`r>kZI  
    5 CTE 0.630000E-04 hjhZ":I.  
    5 GTB U 'OKP4RX50 ' ^/#8 "  
    5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 U#<{RqY  
    5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Fc=6 *.hy  
    5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 K3h"oVn  
    5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Tt=;of{  
    5 PLASTIC +;=>&XR0m  
    6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR b *3h}n;  
    6 CC -4.75816695 Z,"YMUl'  
    6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0k4XVd+Nv  
    6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 P + C5 s  
    6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ly6 dl  
    6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 [;o>q;75Jz  
    7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 .~TI%&#  
    7 CC -100.00000000 e E(+  
    7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 o 9(x\g  
    7 CTE 0.630000E-04 *pABdP+  
    7 GTB U 'OKP4RX50 ' }J2f$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?we6  
    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 xsNOjHk  
    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"_ojM  
    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$Qy  
    10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0%,?z`UY  
    10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Hw6 2'%  
    11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 #\O'*mz  
    11 CC 1.69037601 !1A< jL  
    11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 #&?}h)Jr'  
    11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 D=Yr/qc?  
    11 CTE 0.900000E-04 bfpoX,:   
    11 GTB U 'ZEON330R ' 2 gca *  
    11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 77wod}h!:  
    11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 :)kHXOb.  
    11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 8:0,jnS  
    11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 7{9M ^.}  
    11 PLASTIC D G&aFmC  
    12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR JxEz1~WK &  
    12 CC -0.19799751 Y##lFEt  
    12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 L:Mjd47L  
    12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 7(P4KvkI  
    12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 'MNCJ;A@V  
    12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 AsvH@\\  
    13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 'Z%1Ly^b  
    13 CC -0.64163783 e-1G\}E  
    13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 `)MKCw$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 0r5  
    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
1KR4Wq@  
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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。
详情请咨询:sales@asdoptics.com      027-87582688
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optics1210 2019-01-20 11:35
本文提供了一种设计思路!
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