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optics1210 2019-01-24 14:46

SYNOPSYS 光学设计软件课程四十一:设计一个超广角的镜头

7'|PHQ?S  
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。 Trrh`@R  
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: 3\{Sf /#  
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。 =Wf@'~K0k"  
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:

2]+.8G7D%  
    RLE +RkYW*|$S  
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH ~laZ(Bma);  
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 a%dx\&K  
     APS               5 h,x]  
     UNITS MM $ZS9CkN  
     OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 HhL%iy1  
0REWbcxd"  
       0 AIR f2wW2]Fg  
    0    CV  1.0000000000000E-09 AIR Bu1z$#AC  
    1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 K\b O[J  
    1    GLM      1.50000000             55.00000000 i7rq;t<  
    2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR M2}<gRL*}J  
    3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 RY{tX`  
    3    GLM      1.50000000             55.00000000 { rT`*P~  
    4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR    5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR `xUPML-  
    END
K_QCYS.  
A-5 +#  
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。
Aq!['G  
    CORE 16 WM"^#=+$  
    DSEARCH 2 QUIET ??Zmj:8E'  
    USE CURRENT 5 ALL lQBM0|n  
3ZlI$r(  
    GOALS F"xO0t  
    ELEMENTS 5 0?SLRz8  
    FNUM 2 1 c~xo@[NaS  
    BACK 10 SET %7msAvbk  
    STOP MIDDLE H |UL5<:]D  
    STOP FREE l,.?-|Poa  
    ASPH Q d8HB2c5y0i  
    ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 hli 10p$  
    FOV .2 .4 .6 .8 1 Zjg\jo  
    DELAY OFF |a{]P=<q  
    NGRID 6 iwQ-(GjM[A  
    SNAP 10 6[.Mx}h6  
    PLASTIC 5 7 9 11 13 Nb~dw;t  
    !QUICK 30 40 <im<(=m9  
    ANNEAL 50 10 Q N}fUBX4k  
    NPASS 50 ,SF.@^o@a  
    END pm]DxJ@  
    SPECIAL AANT m>ycN  
    ACC 10 1 1 / w M  
    ACA 70 1 10 Jwd&[ O  
    LUL 90 .1 1 A TOTL </gp3WQ.  
    END rxj@NwAno  
xGfD z*t  
    GO
_-]!;0E IV  
T[-c|  
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。 _I_?k+#WFe  
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。 `8;,&<U'`  
请注意,在这种情况下我们不使用QUICK选项。 Reu{   
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。 y?n2`l7f  
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:
4;RCPC  
DSEARCH发现了10种最佳设计,其中大多数非常好。 kLt9; <L  
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。 &_d/ciq1f  
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
 }m%?&c  
    APS -10
=5~F6to  
-,VhSI  
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。
ceZ8} Sh  
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。
mO)PJd2ZD  
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。 t-i6FS-  
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 HDVl5X`j'  
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。 oNB,.:  
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)
ZuvPDW%  
图6所示.所有真实材料的镜头。 `%M-7n9Y  
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。
{R-82%X  
图8.视场上的衍射PSF。 oL Vtu5  
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。
@f{_=~+  
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 Hp}  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 b/B`&CIA0"  
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 [OZ=iz.  
    APS -10 s S5fd)x  
    UNITS MM 96pk[5lj{?  
    OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 [z%?MIT  
    0 AIR pp]_/46nN  
    0 CV 1.0000000000000E-09 AIR b"M`@';+  
    1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 s`=/fvf.  
    1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 r1oku0o  
    1 CTE 0.630000E-05 w,Zx5bBg%  
    1 GTB O 'S-LAH59 ' KO"Jg-6r|  
    2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR Q"|kW[Sg  
    3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 n2d8;B#  
    3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 {(Og/[  
    3 CTE 0.620000E-05 qX{X4b$  
    3 GTB O 'S-LAH55V ' TcD[Teu  
    4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR ^'&iYV  
    5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 yYToiW *  
    5 CC 100.00000000 )ojx_3j8  
    7 |vfujzRZ  
    5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 =1*%>K  
    5 CTE 0.630000E-04 e" Eqi-  
    5 GTB U 'OKP4RX50 ' 8nIMZV  
    5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 K2xH'v O(  
    5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 1a&/Zlr  
    5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 HX3D*2v":  
    5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 6KEykw j  
    5 PLASTIC lMBX!9z  
    6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR 1t~FW-:  
    6 CC -4.75816695 7k[pvd|L  
    6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 q*[!>\ Z8  
    6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 A{z>D`d  
    6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 {jOzap|  
    6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 | "Jx  
    7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 ]bTzbu@  
    7 CC -100.00000000 3J'73)y  
    7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 Rkpr8MS  
    7 CTE 0.630000E-04 N^ h |h  
    7 GTB U 'OKP4RX50 ' *%X6F~h(u  
    7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 [J)/Et  
    7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 cgs3qI  
    7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 @sw9A93A  
    7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 m7r j>X Y  
    7 PLASTIC 6| *(dE2x(  
    8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR 'y4zBLY  
    8 CC -0.58536337 j-J(C[[9  
    8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 @s%X  
    8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 /!=U +X  
    8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 M=5d95*-}  
    8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 W/ g|{t[  
    9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 tYs8)\{  
    9 CC -3.39966178 \G$QNUU  
    9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 qDnCn H  
    9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 n1QEu"~Zj  
    9 CTE 0.900000E-04 :`0'GM" `  
    9 GTB U 'ZEON330R ' v:r D3=M-  
    9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 t=n+3`g  
    9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 {Q5KV%F_  
    9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 XC|*A$x,  
    9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 |DN^NhtE  
    9 PLASTIC w4\BD&7V  
    10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR X=v~^8M7%  
    10 CC -4.25736209 t< sp%zXZ  
    10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {(rf/:X!p  
    10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 [34zh="o  
    10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 zlH28V  
    10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 j~Q}F|i8  
    11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 "\}b!gl$8  
    11 CC 1.69037601 ~Fy`>*  
    11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 ~?#~Ar  
    11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 OmB TA=E<  
    11 CTE 0.900000E-04 tY/En-&t  
    11 GTB U 'ZEON330R ' w{PUj  
    11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :qxm !P  
    11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Bk,2WtVX  
    11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 }@d>,1DU  
    11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 N99[.mErU  
    11 PLASTIC p-.Ri^p   
    12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR *kP;{Cb`  
    12 CC -0.19799751 c$9sF@K?  
    12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 R"@7m!IA  
    12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 C(G(^_6  
    12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0HqPyM13Q  
    12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Di:{er(p  
    13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 /vHYM S  
    13 CC -0.64163783 {$;2 HbM(  
    13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 '=VH6@vZ_'  
    8 OY:u',T  
    13 CTE 0.630000E-04 .}o~VT:!?Y  
    13 GTB U 'OKP4RX50 ' DKX/W+#a  
    13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 H"eS<eT  
    13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 AcKU^T+  
    13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 yq?]V7~  
    13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 E Zi&]  
    13 PLASTIC :vpl+)n  
    14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR ` M:DZNy,  
    14 CC -0.05459002 :$NsR*Cq*9  
    14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Pb#P`L7OB  
    14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 `?l3Ct*  
    14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ?=<~^Lk  
    14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 7'z(~3D  
    15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR E, GN|l  
    END
?ty>}.c t  
vDsF-u1  
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。 k@yh+v5  
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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