设计一个超广角的镜头:SYNOPSYS 光学设计软件

ixc~DV+@[
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？ A9qbE
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: za$v I?ux
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。 #( G>J4E,
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：

-CePtq`
    RLE Y.FqWJP=p
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH "%^T~Z(_j
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 R<wPO-dX
     APS               5 `?@7T-v
     UNITS MM MC=pN(l
     OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 mIk8hA@B_
YKCd:^u
       0 AIR fH{ _X
    0    CV  1.0000000000000E-09 AIR 0i%r+_E_
    1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 jNjm}8`t
    1    GLM      1.50000000             55.00000000 N`o[iHUj \
    2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR qRk<1.
    3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 +bO]9*g]
    3    GLM      1.50000000             55.00000000 &?[uY5Mk
    4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR    5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR V!^5#A<
    END

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。

YC,s]~[[
    CORE 16 6d%V=1^F
    DSEARCH 2 QUIET Xx)PyO
    USE CURRENT 5 ALL }\ ^J:@
FR5P;Yz%H
    GOALS i"4&UJu1;
    ELEMENTS 5 .eZsKc-@
    FNUM 2 1 `?M?WaP
    BACK 10 SET }fqz8'E9
    STOP MIDDLE >v\t> [9t
    STOP FREE uu5L9.i9
    ASPH Q xJ=@xfr$
    ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3fdx&}v/
    FOV .2 .4 .6 .8 1 Qg^Ga0Lf6
    DELAY OFF o=%pR|
    NGRID 6 DAvF ND$=
    SNAP 10 coG_bX?e
    PLASTIC 5 7 9 11 13 {`KRr:w
    !QUICK 30 40 vZ0K1UTEXY
    ANNEAL 50 10 Q ]?1n-w.}r
    NPASS 50 16pk4f8
    END 4nvi7
    SPECIAL AANT >^odV ;^
    ACC 10 1 1 z&R #j
    ACA 70 1 10 SO!|wag$
    LUL 90 .1 1 A TOTL ;kE|Vx
    END N?Nu'
_/\U
    GO

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。
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。
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。
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。
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：

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。
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。
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

~R+,4
APS -10

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。

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。

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。
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
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。
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）

图6所示.所有真实材料的镜头。
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。

图8.场上的衍射PSF。
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。

C{<dzooz
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 2m8|0E|@
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 T=W;k<P\k
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 <0h,{28
    APS -10 # 9@K
    UNITS MM b;2[E/JKB
    OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 iTu~Y<'m
    0 AIR X{BS]
    0 CV 1.0000000000000E-09 AIR 4))5l9kc.
    1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 YLU.]UC
    1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 6Qx[W>I
    1 CTE 0.630000E-05 ]IM/R@
    1 GTB O 'S-LAH59 ' /hv2=A
    2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR =3H*%
    3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 VLP'3 qX
    3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 \&,{N_G#L.
    3 CTE 0.620000E-05 esk~\!d
    3 GTB O 'S-LAH55V ' }Nc Ed;
    4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR Co^^rd@
    5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 h2_A'
    5 CC 100.00000000 |e+r|i]
    7 9Z^\b)x
    5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 ,T;T%/ S
    5 CTE 0.630000E-04 zPyN2|iFah
    5 GTB U 'OKP4RX50 ' M/5+AsT
    5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &^hLFd7j/
    5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 &0k`=?v$
    5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 GS@Zc2JPF
    5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ClWxL#L6~
    5 PLASTIC .:(T}\]R
    6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR szw|`S>o
    6 CC -4.75816695 3cSP1=$*
    6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 x4Wu`-4^
    6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 #DkdFy %`
    6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ypy
    6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ?C`&*+
    7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 ~LU$ no^
    7 CC -100.00000000 ["~T)d'
    7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 pkEx.R)
    7 CTE 0.630000E-04 qbq.r&F&
    7 GTB U 'OKP4RX50 ' + :;6kyM6X
    7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 o56UlN
    7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 OeYZLC(
    7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 d]I3zSIC
    7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 WCL#3uYk"
    7 PLASTIC &,%+rvo}
    8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR GbfA-\
    8 CC -0.58536337 =DsFR9IB
    8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 a2.@Zyz
    8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 F [S'l
    8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 m2>$)\-;
    8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 HvJ-P#
    9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 V: P
    9 CC -3.39966178 v:zKn[;o
    9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 D`hg+64}
    9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Rd|M)
    9 CTE 0.900000E-04 #p7_\+&5s
    9 GTB U 'ZEON330R ' L 4Sa,ZL
    9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 y*vg9`$k
    9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0kxe5*-|
    9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 f=kt0
    9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 v%4zP%4Ak[
    9 PLASTIC R&@NFin
    10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR N D1'XCN
    10 CC -4.25736209 :)j& t>aP
    10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Nf1&UgX
    10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 kB]?95>Wx
    10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 @s8wYcW
    10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 #]}]ZE
    11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 }@<Ru
    11 CC 1.69037601 m*rw?nLZ
    11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 5$%CRm
    11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 flS_rY5
    11 CTE 0.900000E-04 Ox^VU2K;&.
    11 GTB U 'ZEON330R ' n|Gw?@CU7
    11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~M9&SDT/lB
    11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 evro]&N{
    11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 IiZXIG4H
    11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ~=/.ZUQNX
    11 PLASTIC is6d:p
    12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR l*]nvd_
    12 CC -0.19799751 JVq`v#8
    12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 K/|qn)
    12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 :~LOw}N!aQ
    12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 %R@&8
    12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 [WN2ZQ
    13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 x%OJ3Qjj=
    13 CC -0.64163783 `XK#sCC
    13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 #)z7&nD
    8 %+ur41HM
    13 CTE 0.630000E-04 |v@ zyOq&b
    13 GTB U 'OKP4RX50 ' naiy] oY"
    13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 F0tx.]uS
    13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 o>MB8[r
    13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 !WNO!S0/j
    13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 KYC<*1k
    13 PLASTIC dEK bB
    14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR G^A}T3
    14 CC -0.05459002 an,JV0
    14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 qd@Fb*
    14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 7da~+(yhr
    14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 =:(<lKf,<F
    14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 yPT\9"/
    15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR 3Nk )
    END

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。
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

optics1210	2019-01-20 11:35
本文提供了一种设计思路！

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