SYNOPSYS 光学设计软件课程四十一：设计一个超广角的镜头
r6 oX6.c
如何使用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，则很可能没有任何可以实现的初始结构，原因很简单，光线无法通过。 DSEARCH可以纠正某些光线故障，但通常无法优化此类系统。 :>tF_6
在这种情况下，有一个相当简单的方法可以很好地实现：首先画出一个前端，将光束转换成一个角度较小的光束，然后从那里开始，用USE CURRENT声明该部分。下面是一个例子： Q8;x9o@ p
我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头， F / 2.0。 我们将使用塑胶制作非球面透镜。 首先，我们必须创建一个可追迹的前端。 tf$PaA
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，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，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。 当看起来效果很好时，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。 这是前端部分： (opROsFh
RLE .^[fG59
ID WIDE-ANGLE DESEARCH ="5k\1W1M
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ny!lj a5[
APS 5 fB;&n
UNITS MM d{iu+=NXz
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 a<57(Sf
; d, JN
0 AIR */%$6s~
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR aWHd}%
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 3i]"#wK
1 GLM 1.50000000 55.00000000 ~h>rskJ _
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR RMS.1: O
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 vpeq:h
3 GLM 1.50000000 55.00000000 'WKu0Yi^'
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR G zJ9N`
END .iOw0z
/gqqKUx
光束以92.4度进入并以合理的角度出射。 现在创建DSEARCH输入MACro。 '|YtNhWZ?
CORE 16 c*S#UD+
DSEARCH 2 QUIET =Q/w% 8G
USE CURRENT 5 ALL ql!5m\
#6*V7@9]3|
GOALS {&\ J)oZ
ELEMENTS 5 |uQn|"U4
FNUM 2 1 .;<7424(%
BACK 10 SET im_w+h%^
STOP MIDDLE E@5zd@[
STOP FREE o-\ok|,)#j
ASPH Q MAuM)8_P/|
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 07$/]eO%C
FOV .2 .4 .6 .8 1 x\Nhix}1D
DELAY OFF c0 !Te'?
NGRID 6 q*HAIw[<y
SNAP 10 >QYh}Z- /%
PLASTIC 5 7 9 11 13 R E ![O
!QUICK 30 40 6obQ 9L c
ANNEAL 50 10 Q B]'e$uyL7
NPASS 50 M,b<B_$
END E0sbU<11
SPECIAL AANT <ldid]o
#
ACC 10 1 1 )x$!K[=
ACA 70 1 10 z{Hz;m:*_
LUL 90 .1 1 A TOTL r :fwr C
END Nb gp_:{
ggrI>vaw
GO 98D{{j92
hVlyEsLg
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距，。 DSEARCH允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如BACK 10，程序会在末尾添加YMT求解并在AANT文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加YMT求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 '4J&Gp x
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 `y1BTe &
请注意，在这种情况下我们不使用QUICK选项。 ::4"wU3t
最后一点：我们在上面的输入中给出了FNUM请求的权重。 如果我们不这样做，程序将通过UMC求解来控制F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。 同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。 通过在FNUM线上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制AANT文件中的F /number，而不是曲率求解。 I x ( 6
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此DSEARCH文件。 大约两分钟后我们看到了结果： D" `%|`O
DSEARCH发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 -(6 eVI
现在需要进一步改进设计。 运行DSEARCH产生的优化MACro，镜头的性能变化很小。 Nawp t%
现在必须检查视场的像质。 在PAD中，单击PAD工具栏中的“扫描”按钮  ，然后观察到靠近曲面10的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中你能期望什么？我们必须控制它 }R`8h&J
APS -10 b cC\
"AT&!t[J
由于我们改变了YP0的数量，目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果，但是现在我们必须把它放在那里。在WS编辑窗格中，我们输入APS -10 来在表面10上放置一个真正的光阑。然后我们从PANT文件中删除变量VY 0 YP1，优化并模拟退火。 YH6snC$u
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。 打开MRG对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击OK。 镜头材料现在是真正的塑胶材料。 cNdu.c[@
图5.是真正塑胶材料的镜头取代了最后五个透镜的玻璃材料。
]a78tTi
将继续优化镜头，不希望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 slu$2-H
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料。 再次优化和模拟退火。 S/a/1 n$ U
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，而不是塑胶。 设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） ' " Bex`
图6所示.所有真实材料的镜头。 Zn?8\
让我们来看看视场上的衍射图像。 转到MPF对话框，选择“Show visual appearance ”，然后单击“Execute”。 结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 9 1B Y]N
图8.视场上的衍射PSF。 "\NF
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE文件如下。 您可以复制这些命令行并将其粘贴到EE编辑器中。 YavfjS:2
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 ].LJt['%8
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 D*|(
p6v1&
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 _Mlhum t
APS -10 wG_4$kyj
UNITS MM w#W5}i&x
OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 l #b:^3
0 AIR ?A|zRj {
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR OMl8 a B9
1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 J =b*
1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 [0K=I6 4
z
1 CTE 0.630000E-05 #1MKEfv(~
1 GTB O 'S-LAH59 ' #g,H("Qy({
2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR x<8\-
3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 X>2?
`8M
3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 "_t4F4z
3 CTE 0.620000E-05 &Y 'z?N
3 GTB O 'S-LAH55V ' )sqaR^
4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR [70Y,,w
5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 o\d |CE;>
5 CC 100.00000000 c qv .dC
7 Sz RL}} I
5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 p#)e:/Qy
5 CTE 0.630000E-04 RTA %hCr!
5 GTB U 'OKP4RX50 ' Md Lj,1_T
5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &Y{F?
c^
5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 M\I_{Q?_
5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 5Lw{0uLr
5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 KvGbDG
5 PLASTIC %@>YNPD`E
6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR T)`gm{T
6 CC -4.75816695 /\~l1.6`
6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 I I& <
6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 H%F M
6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 miPmpu!
6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 u]R $]& <
7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 )ukF3;Gt
7 CC -100.00000000 hX&-/fF+f
7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 wtq,`'B
7 CTE 0.630000E-04 ]XY0c 6
<
7 GTB U 'OKP4RX50 ' 0"4J"q] &
7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 CDJ$hu
7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 K@HLIuz4t
7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Ln :lC(
'
7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 li@k Lh
7 PLASTIC 2f `&WUe
8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR ATo}FL 2
8 CC -0.58536337 I`3d;l;d
8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 @$Yb#$/
8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 *g*VC O
8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 O
3G:0xF
8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 nVNs ][
9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 'w:bs !
9 CC -3.39966178 z[*zuo
9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 gbJG`zC>U
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Y!F!@`%G
9 CTE 0.900000E-04 &h\7^=s.
9 GTB U 'ZEON330R ' whw{dfE
9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2g0K76=Co:
9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Y^yG/F
9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 L -YNz0A
9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 {|Bd? U;
9 PLASTIC 0Lx3]"v
10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR mLQUcYfR
10 CC -4.25736209 h+5 @I%WX
10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 A4}#U=3tI
10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ERp{gB2U?
10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 K0LbZMn,/
10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 i]dz}= j'
11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 'P,,<nkr|
11 CC 1.69037601 4?
v,wq
11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 fwy"w
11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 :1*zr
11 CTE 0.900000E-04 C>NQ-w^
11 GTB U 'ZEON330R ' /-><k,mL?
11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 >r=6A
11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 J+lGh9G
11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 (m/aV
11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 t GC2
^a#~
11 PLASTIC =E!x~S;N
12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR lf6|.
12 CC -0.19799751 'd+ :D'
12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 y)tYSTJK
12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 [t$4Td d
12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 vcwK 6G
12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Qne0kB5m
13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 (U _wp's
13 CC -0.64163783 gd_ ^
13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 J$rJd9t
8 o _(0
13 CTE 0.630000E-04 V8 tghw
13 GTB U 'OKP4RX50 ' ?d~]Wd !z
13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 IqNpLh|[
13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 >IBTBh_ka
13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 F(;jM(
13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ^j [Ku
13 PLASTIC Qww^P/vm
14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR l0:5q?g
14 CC -0.05459002 &>g~-s
14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 'bC]M3P
14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 s%^o*LQ|9
14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 aiJnfU]W
14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 BKX 9 SL]
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR 6 e<^o H
END ><K!~pst}
1|]x o3j"'
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追迹失败。 虽然使用解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。 真实光瞳搜索功能是强大的但不可靠，并且利用这种大角度光线和非球面系数，很容易没有解。 所有这些都可以通过使用无瞳设计来避免，直到设计形状良好后再确定光瞳。 05"qi6tncz
除了DSEARCH返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。
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