SYNOPSYS 光学设计软件课程四十一：设计一个超广角的镜头
#jxPh! %9
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。 )FA:wsy~E
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： L`Ys`7
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。 r-WX("Vvh
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：  [*C~BM
RLE .A/xH
x
ID WIDE-ANGLE DESEARCH (VC Jn<@@
WAVL .6562700 .5875600 .4861300
H8@z/
APS 5 8W Qc8
UNITS MM +#UawYLJ
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 ?hp,h3s;n$
KdTWi;mV2-
0 AIR 1B 0[dK2N
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR =kOo(
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 *[jq&
1 GLM 1.50000000 55.00000000 PRyzvc~
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR U T 7'-
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 e !w{ap8u
3 GLM 1.50000000 55.00000000 UpQ da` rb
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR D#Mz#\4o
END g CL}Ba
BP&] t1p
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。 Z)3oiLmD
CORE 16 LZ(K{+U/
DSEARCH 2 QUIET W^;4t3eQf
USE CURRENT 5 ALL #c/K .?
dgByl-8Q
GOALS mZ?QtyljT
ELEMENTS 5 /
U~yYh
FNUM 2 1 w&hCt c
BACK 10 SET d,'gh4 C
STOP MIDDLE 2>CR]
STOP FREE SFEDR?s
ASPH Q ]R09-s 0$7
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 |1(L~g
FOV .2 .4 .6 .8 1 O
~[[JAi[
DELAY OFF `o O*ORq&
NGRID 6 $.ctlWS8l{
SNAP 10 olHmRJ
PLASTIC 5 7 9 11 13 -Vmp6XY3q
!QUICK 30 40 qckRX+P`
ANNEAL 50 10 Q h ]G vt 5
NPASS 50 #z*,-EV|
END k
$# ,^)T
SPECIAL AANT rNke&z:%X_
ACC 10 1 1 \mt Y_O
ACA 70 1 10 !Ap*PL
LUL 90 .1 1 A TOTL E;k$ ICOXA
END %_ 39W a
%?/vC 6
GO (2RuQgO
u@Z6)r'
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。 SHnMqaq
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。 +}mj;3i
请注意，在这种情况下我们不使用QUICK选项。 ,a0RI<D
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。 |$GPJaNqa
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此DSEARCH文件。 大约两分钟后我们看到了结果： U4iVI #f
DSEARCH发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 Ty;^3
现在需要进一步改进设计。 运行DSEARCH产生的优化MACro，镜头的性能变化很小。 95/; II
现在必须检查视场的像质。 在PAD中，单击PAD工具栏中的“扫描”按钮  ，然后观察到靠近曲面10的光阑在所有视场中都没有很好地填充。在这个广泛的区域和近轴光瞳的系统中你能期望什么？我们必须控制它 g`6I, 6G
APS -10 O_DT7;g
7PO]\X^(zE
由于我们改变了YP0的数量，目前镜头只有一个不明显的光瞳。这使我们接近光阑真正的结果，但是现在我们必须把它放在那里。在WS编辑窗格中，我们输入APS -10 来在表面10上放置一个真正的光阑。然后我们从PANT文件中删除变量VY 0 YP1，优化并模拟退火。 F}B2nL&
让我们将玻璃模型替换成真实的材料。 打开MRG对话框，选择U目录（仅匹配塑胶材料），QUIET，SORT，然后单击OK。 镜头材料现在是真正的塑胶材料。 zvv/|z2(r
图5.是真正塑胶材料的镜头取代了最后五个透镜的玻璃材料。 0yb9R/3.
将继续优化镜头，不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从PANT文件中删除所有VY sn GLM行并用VLIST GLM ALL替换它们 4 d I`
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料。 再次优化和模拟退火。 W$z^U) |t
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） {s2eOL5I|%
图6所示.所有真实材料的镜头。 #=F{G4d)!=
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。 = ,s5>2
图8.视场上的衍射PSF。 PFbkkQKsT
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。 K@"B^f0mU
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 c'bh`H4
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 )L"J?wTe
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 BGstf4v>A<
APS -10 R@IwmJxX
UNITS MM oRmA\R*
OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 DKN cp8<J
0 AIR M'NOM>8
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR E7<l^/<2S+
1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 Ozsvsa
1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 "DecS:\
1 CTE 0.630000E-05 T9>,Mx%D[
1 GTB O 'S-LAH59 ' )<5hga][~a
2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR y
XCZs
3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 w:~vfdJ
3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 @[TSJi
3 CTE 0.620000E-05 LS<*5 HWX
3 GTB O 'S-LAH55V ' GCxmqoQ
4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR E8aD[j[w
5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093
1<0Z @D~F
5 CC 100.00000000 ?:7$c
7
Q 6r
5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 ?]_A~ _J!
5 CTE 0.630000E-04 i0 6|P I
5 GTB U 'OKP4RX50 ' , Mn`kL<F
5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 D@
BP<
5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 tYhNr
5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 tSTl#xy
5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 H_u% e*W
5 PLASTIC ]-w.x ]I
6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR }l5Q0'
6 CC -4.75816695 a OmQ<N]a
6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 w!Ii
6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 85:mh\@-G
6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ?Elt;wL(
6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 bZgFea_>i
7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 X/D%
cQ6
7 CC -100.00000000 {YIVi:4q
7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 EB
p(^r j
7 CTE 0.630000E-04 jZ,=tF
7 GTB U 'OKP4RX50 ' W: 3fLXk+
7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 M1K[6V!
7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 [qxDCuxq
7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 e#ne 5
7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 f3m Qd}<L
7 PLASTIC r <$"T
8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR LUA<N :
8 CC -0.58536337 ~@ D{&7@
8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `OWwqLoeA
8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 L#MMNc+
8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 X1&c?T1 %[
8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 /,+&O#SX
9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 `Oe}O SxnT
9 CC -3.39966178 LP}'upv
9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 o^x,JT
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Nkk+*(Z
9 CTE 0.900000E-04 A3Vj3em
9 GTB U 'ZEON330R ' s<8|_Dt
9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 F7`[r9 $
9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 P2
z~U
9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 .s3y^1C
9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 rG'W#!^*
9 PLASTIC 3/CKy##r%]
10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR xepp."O
10 CC -4.25736209 Yo,n#<3 7
10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 v(Q-RR
10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 3Sn#
M{wH
10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Mu$"fYKf"
10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 v. > 95|8
11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896
{s?x
N U
11 CC 1.69037601 Gi,4PD-ro
11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 H) q_9<;
11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 8/W2;>?wKc
11 CTE 0.900000E-04 W9jxw 4)
11 GTB U 'ZEON330R ' Vd A!tL
11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :G f
11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 +LaR_n[
11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 \!4_ m8?
11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 f+4j ^y}
11 PLASTIC dU|&- .rG
12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR rC6{-42bb
12 CC -0.19799751 KH9D},
12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ' -rRD\"q
12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 XK/bE35%^!
12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 WdT ia o,r
12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 .-c x9&
13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 Di &XDW/
13 CC -0.64163783 KKNQ+'?
13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 B5!|L)7>{p
8 h&:XO9dY
13 CTE 0.630000E-04 T!t9`I0Zz
13 GTB U 'OKP4RX50 ' otdm r w|
13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 S H6T\}X:
13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 rWip[>^
13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 NoT%z$ 1n
13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 |6b&k hAM
13 PLASTIC H ~lvUHN
14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR M[7$F&&n
14 CC -0.05459002 =8Gpov1!V~
14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 HEe_K!_
14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Eb9n6Fg
14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0uJ??4N9
14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 3NN )ql
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR D[3QQT7c
END m[Cp
G=32B
@
[%K D
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。 R dLk85<n
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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