SYNOPSYS 光学设计软件课程四十一:设计一个超广角的镜头
JtmQzr0> 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。 cx:jUsb6 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: <^sAY 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。 VjTAN= 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:  .v
l="< RLE 8S= c^_PJ ID WIDE-ANGLE DESEARCH rCrr"O#j WAVL .6562700 .5875600 .4861300 %zQ2:iT5@= APS 5 H%T3Pc UNITS MM uXNp!tY OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 M6x;BjrV u'Pn(A@1R 0 AIR }wL3mVz 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR h7RD`k:mF 1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 Dauo(Uhuo 1 GLM 1.50000000 55.00000000 ._(z~3s 2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR YiNo#M91 3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 -faw: 3 GLM 1.50000000 55.00000000 dw99FA6 4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ,whM22Af~{ END T~|PU{ 4^BLSK~( 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。 _!;\R7] CORE 16 {4)5]62>u DSEARCH 2 QUIET FJlsWh4,6= USE CURRENT 5 ALL Nc:U4 eo]a'J9( GOALS U)b&zZc; ELEMENTS 5 'F6#l"~/ FNUM 2 1 ?e2Y`0 BACK 10 SET <H_LFrB$W STOP MIDDLE C}bPv+t STOP FREE EK.c+Or, ASPH Q a6 * Y%? ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 h!~|6nj FOV .2 .4 .6 .8 1 `F@f?*s: DELAY OFF [L)V(o)v NGRID 6 0=gF6U SNAP 10 -MsuBf PLASTIC 5 7 9 11 13 Wd1 IX^7C% !QUICK 30 40 Z#[>N,P ANNEAL 50 10 Q WVsKrFZT NPASS 50 iiQ||P}5 END X.:_"+I; SPECIAL AANT l.yJA>\24I ACC 10 1 1 F^[M ACA 70 1 10 e4 ?<GT LUL 90 .1 1 A TOTL =
c/3^e END fCs\Q YD dLDE GO h^Arb=I >^sz5d+X 在此案例中,我们使用SET指令指定10 mm的后焦距,。 DSEARCH允许您以三种方式控制该距离:如果您只是给出一个距离,例如BACK 10,程序会在末尾添加YMT求解并在AANT文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子(例如BACK 10 100),则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值,在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在,程序将简单地将后焦距设置为输入值,在这种情况下为10,并且不会添加YMT求解。 对于较复杂的设计,这通常是一个很好的选择,特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 EPR(i#xU 要求最大元件厚度为10毫米,总长度小于90毫米,以保持合理。 此外,我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则,对于像这样的大角度,可以在全视场获得掠入射光线,由于膜层问题,这是不切实际的。 ,2E`:#$ 请注意,在这种情况下我们不使用QUICK选项。 lxr@[VQ 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。 {lTR/ 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: B/:>{2cm DSEARCH发现了10种最佳设计,其中大多数非常好。 lu<Np9/5< 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。 gE-lM/w 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 IZzhJK M1V APS -10 .[]{
Q |~Htj4K/ 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。
alWx=+d 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。 8Q#t\$RY 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。 q\-xg*' 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 <x.]OZgO 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。 a-SB1-5jf 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) |F8;+nAVF# 图6所示.所有真实材料的镜头。 ".Tf<F 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。 ]JGKL5~p 图8.视场上的衍射PSF。 q{jk.:;' 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。 >Lo6='G ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 #mi0x06 ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 }A)^XZ/ WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ksxO<Y APS -10 ]Hv*^Bak UNITS MM ZA 99vO OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 e2,<,~_K6 0 AIR 9}? 5p]% 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR p
P_wBX 1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 7 UB8N vo 1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 c"oQ/x 1 CTE 0.630000E-05 nvm1.}=Cnd 1 GTB O 'S-LAH59 ' CfazD??x 2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR bw<~R2[ 3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 q(w1VcLZ 3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 )x9nED{ 3 CTE 0.620000E-05 Y2ah zB 3 GTB O 'S-LAH55V '
b{9HooQ{ 4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR {H~8'K- 5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 H>@JfYZ0 5 CC 100.00000000 a78;\{&L' 7 n57c^/A* 5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994
FCjYTGA 5 CTE 0.630000E-04 ~7eUt^SD; 5 GTB U 'OKP4RX50 ' Ugee?;]lu 5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 CU}
q&6h 5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 *$*nY [/5 5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 hx2!YNx ! 5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 3P<Zzt%e T 5 PLASTIC 7csl1|U 6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR PLY-,Q&' 6 CC -4.75816695 &T|UAM. 6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &
Q|f *T 6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 QWIOim- 6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 eO"\UDBV 6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 XO8 H] 7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 ~Krg8s!F& 7 CC -100.00000000 )f_"`FH0d 7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 b(.o|d /P 7 CTE 0.630000E-04 =Un 6|] 7 GTB U 'OKP4RX50 ' e[|p0 ,Q 7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 F#3$p$;B$ 7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 !:!@dC%8_ 7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 F".IB^}$ 7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 R'$ T6FB5 7 PLASTIC jv?aB 8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR JUUF^/J 8 CC -0.58536337 wft:eQ 8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 VN55!l'OV 8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Lqf#,J 8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ^ZViQ$a"h; 8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Q& unA3 9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 J{'zkR?Lr 9 CC -3.39966178 /F 9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 Y-q,Ovf! 9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 5{x[EXE' 9 CTE 0.900000E-04 SieV%T0t1 9 GTB U 'ZEON330R ' w7]p9B 9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~wd?-$;070 9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 hG0lR.: 9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 +~v3D^L15 9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
.ubbNp_LU 9 PLASTIC /%@RO^P 10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR <@;xV_`X+ 10 CC -4.25736209 n46PQm%p 10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 (>@syF%PB 10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 sn T4X 10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 2ShlYW@~ 10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 :."n@sA@ 11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 H9a3rA> 11 CC 1.69037601 Ok.DSOT 11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 ;V(}F!U\z 11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 9p0HFri[ 11 CTE 0.900000E-04 onypwfIk)t 11 GTB U 'ZEON330R ' ObHz+qRG 11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _ZE$\5>- 11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 $hY]EB 11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 -*{(#k$ 11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 CIs1*:Q9 11 PLASTIC SoON@h/ 12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR whp\*]8 12 CC -0.19799751 Vm%ux>} 12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~a0} 12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 fw~%^* 12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 {
'mY>s7 12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ?+JxQlVDt- 13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 ^Y*.Ktp,o 13 CC -0.64163783 1*`JcUn,> 13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 6'lT`E| 8 L08;z 13 CTE 0.630000E-04 ,i((;/O6 13 GTB U 'OKP4RX50 ' >IydXmTy 13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5r}(|86O/ 13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ^=M(K '' 13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 U~`^Y8UF 13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 $TW+LWb 13 PLASTIC KVe'2Q< 14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR ra#)*fG,~ 14 CC -0.05459002 3<Y;mA=hw 14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 YyBq+6nq5 14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 KKTfxNxJn 14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ykl=KR 14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Ku,A}5-6 15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR Q
X5#$-H@ END *[/Xhx" 3ncvM>~g 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。 kFs kn55 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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