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:jUsb 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： <^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 rC rr"O#j
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 %zQ2:iT5@=
APS 5 H%T3Pc
UNITS MM uXNp!t Y
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 ~|P U{
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$W
STOP MIDDLE C }bPv +t
STOP FREE EK .c+Or,
ASPH Q a6 * Y%?
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 h!~|6nj
FOV .2 .4 .6 .8 1 `F@f?*s:
DELAY OFF [L)V(o)v
NGRID 6 0= gF6U
SNAP 10 -MsuBf
PLASTIC 5 7 9 11 13 Wd1 IX^7C%
!QUICK 30 40 Z#[>N,P
ANNEAL 50 10 Q WVsK rFZT
NPASS 50 iiQ||P}5
END X.:_"+ I;
SPECIAL AANT l.yJA>\24I
ACC 10 1 1 F ^[M
ACA 70 1 10 e4 ?<GT
LUL 90 .1 1 A TOTL =
c/3^e
END fCs\Q
YD dLDE
GO h^Arb=I
>^sz5d+X
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距，。 DSEARCH允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如BACK 10，程序会在末尾添加YMT求解并在AANT文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加YMT求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 EPR(i#xU
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 ,2E`:#$
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/:> {2 cm
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-l M/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\-x g*'
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-SB1-5j f
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。 ]J GKL5~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<~R 2[
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{9Ho oQ{
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
FC jYTGA
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 *$*nY [/5
5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 hx2!YNx !
5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 3P<Zzt%e T
5 PLASTIC 7c sl1|U
6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR PLY-,Q&'
6 CC -4.75816695 &T| UAM.
6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 &
Q|f *T
6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 QWIOi m-
6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 eO"\UDBV
6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 XO8 H]
7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 ~Krg8s!F&
7 CC -100.00000000 )f_"`FH0d
7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 b(.o|d /P
7 CTE 0.630000E-04 =Un 6|]
7 GTB U 'OKP4RX50 ' e[|p0 ,Q
7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 F#3$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$a"h;
8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Q& un A3
9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 J{'zkR?Lr
9 CC -3.39966178 / F
9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 Y-q, Ovf!
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 5{x[EXE'
9 CTE 0.900000E-04 SieV%T0t1
9 GTB U 'ZEON330R ' w7]p9B
9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~wd?-$;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^L1 5
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 n4 6PQm%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 s n T4X
10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 2 ShlYW@~
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 H9a3 rA>
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 $h Y]EB
11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 -*{(#k$
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>s 7
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(( ;/O 6
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 *[/X hx"
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。
|
