SYNOPSYS 光学设计软件课程四十一：设计一个超广角的镜头
>Q;l(fdj
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。 qgHWUwr+n
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： Rsk 4L0
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。 Eyqa?$R
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，并指定用于广角的物体类型OBD，并在5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始，比如50度，然后，使用WorkSheet™滑块，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。 当看起来效果很好时，增加OBD视场角，以这种方式继续，直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分：  LL |r
A:
RLE ]:- mbgW
ID WIDE-ANGLE DESEARCH o#Dk&
cH
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 rJ4S %6w
APS 5 v{N`.~,^
UNITS MM *OsQ}onv
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 Y\P8 v
,R\ \ %
0 AIR "+nR GEs6
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR H$t_Xw==
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 RSRS wkC
1 GLM 1.50000000 55.00000000 @b%=H/5\
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR 4k1xy##
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 yx[/|nZDC4
3 GLM 1.50000000 55.00000000 /Cr%{'P zk
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR L`TLgH&?R
END 8/#A!Ww]
*:7rdzn
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。 +TL%-On
CORE 16 ^uc =f2=>,
DSEARCH 2 QUIET R) h#Vc(
USE CURRENT 5 ALL SKN`2[ahD
i1d'nxk6
GOALS Gb6 'n$g
ELEMENTS 5 n( yn<
FNUM 2 1 Nh|uO?&C 6
BACK 10 SET &6!)jIWJ
STOP MIDDLE *N<]Xy @
STOP FREE g:@#@1rB6
ASPH Q BDDlQci38
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ^{`exCwM x
FOV .2 .4 .6 .8 1 >]TWXmx/w
DELAY OFF q e#tj/aZ
NGRID 6 ,&.! ?0+
SNAP 10 zC!t;*8a
PLASTIC 5 7 9 11 13 @,+5y \]C
!QUICK 30 40 H*R"ntI?w
ANNEAL 50 10 Q tDcT%D {:
NPASS 50 @S;'@V C
END JH9J5%sp
SPECIAL AANT FVKTbvYn
ACC 10 1 1 + &Eqk
ACA 70 1 10 [9L:),&u
LUL 90 .1 1 A TOTL &p@O _0nF
END ZLejcYS
#c!lS<z
GO U8?mc
f$$ /H>MJ
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。 TD0
B%
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。 ;6$jf:2m
请注意，在这种情况下我们不使用QUICK选项。 va@Lz&sAE%
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。 =;
Ff4aF
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： vk^xT
DSEARCH发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 _G@GpkSe>
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。 -Q*gW2KmV
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 "!^"[mX4
APS -10 I\ob7X'Xu!
A;M'LM- M
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。 CD~.z7,LC
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。 Vc Z3
X4/
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。 99QU3c<.
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 U5de@Y
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。 usF.bkTp
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） gM: " .Ee
图6所示.所有真实材料的镜头。 46h<,na?,
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。 wmLs/:~
图8.视场上的衍射PSF。 } q8ASYNc
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。 xb8!B
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 "chDg(jMZ
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 (jE9XxQY
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ?e 4/p
APS -10 {`@G+JV~Jw
UNITS MM R\[e!g*I
OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 5.GR1kl6
0 AIR 3!]rmZ-W
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR %.|@]!C
1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 ' `Hr}
1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 Q~Wqy~tS
1 CTE 0.630000E-05 NzvXN1_%
1 GTB O 'S-LAH59 '
&6VnySE?
2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR :V ||c 5B+
3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 3Y$GsN4ln
3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 cvL;3jRo
3 CTE 0.620000E-05 J|7 3.&B
3 GTB O 'S-LAH55V ' T>W,'H
4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR S
f#
R0SA
5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 abVmk dP_s
5 CC 100.00000000 f/?P514h
7 ZN0P:==
5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 Z% UP6%
5 CTE 0.630000E-04 dR]m8mdqc1
5 GTB U 'OKP4RX50 ' G3T]`Atf
5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ");a3 hD
5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Ny/MJ#Lq
5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 z
F ;K
5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 5 z)~\;[ -
5 PLASTIC J{G?-+`
6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR %?/X=}sE
6 CC -4.75816695 _+MJ%'>S
6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 vl )l'
6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 8 &dF
6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 HGg@ _9tW
6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 J 'r^/
7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 B9S@(/"7
7 CC -100.00000000 dPRra{
7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 R4d=S4 i
7 CTE 0.630000E-04 (Q B2T2x
7 GTB U 'OKP4RX50 ' .=;
;
7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 47/iF97
7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 \~ wMfP8
7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 W2!+z{:m
7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 GC'O[q+
7 PLASTIC Y_P!B^z3
8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR `Q,H|hp;k;
8 CC -0.58536337 d #wVLmKZ
8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ],].zlN
8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 _o~ nr]zx
8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Dvln/SBk
8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ;dhQN }7
9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 <#HYq R',
9 CC -3.39966178 =2x^nW
9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 0{SL &<&
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 \l 3h0R
9 CTE 0.900000E-04 32
=z)]FZ
9 GTB U 'ZEON330R ' 9N3 e N
9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #X"@<l4F
9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 +"VP-s0
9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ovV'VcUs
9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 +ck}l2&#
9 PLASTIC ;A[Q2( w+
10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR |Q>Ir T
10 CC -4.25736209 *{{89E>wC
10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 B> .q d
10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 4KrL{ Z+}
10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 yV ( \R
10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 rrv%~giU
11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 <9
;!3 xG
11 CC 1.69037601 Hp nWo DM
11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 Rx}Gz$
11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 !f6(Zho
11 CTE 0.900000E-04 bN@
l?w
11 GTB U 'ZEON330R ' sx<% 2
11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 4X|zmr:A
11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 t
|oR7qa{w
11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ;*&-C9b
11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 p D+k*
11 PLASTIC >F&47Yn
12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR 7VI*N)OZ8
12 CC -0.19799751 S21,VpW\
12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 X\ F|Tk3_
12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 *uvQ\.
12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 _<2E"PrT
12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 I++. e e
13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 &jr3B;g!C
13 CC -0.64163783 ~F7gP{r
13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 s"?3]P
8 9~ YMyg(Z
13 CTE 0.630000E-04 >yh2Lri
13 GTB U 'OKP4RX50 ' <rS F*
13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 RCLeA=/N@0
13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 #cLBQJ q
13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 61
~upQaR
13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 OK
g qT!
13 PLASTIC [PKR2UEe]
14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR 2dgd~
14 CC -0.05459002 gltBC${7wZ
14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 da ~],MN
14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 C"]^Q)aJN
14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 *HB-QIl
14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 *4_Bd=5(U
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ^y 4Z+Gu[
END dGTsc/$
e(8Ba X _
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。 FNId ;
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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