SYNOPSYS 光学设计软件课程四十一:设计一个超广角的镜头
(b~T]3Es 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。 *|>d 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: X#TQ_T" 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。 Xr$J9*Jk- 我们从一个含两个镜片组的简单系统开始,并指定用于广角的物体类型OBD,并在5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始,比如50度,然后,使用WorkSheet™滑块,给元件一些负的光焦度,并将它们向右弯曲。 当看起来效果很好时,增加OBD视场角,以这种方式继续,直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分:  #_J@-f7^ RLE ^O<&f D ID WIDE-ANGLE DESEARCH XJ` ]ga WAVL .6562700 .5875600 .4861300 LO khjHR APS 5 ,t9^j3Ixg UNITS MM s{S4J'VW OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 I E&!YP(U( y7
3VFb 0 AIR ;q:zT\A 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR Nj
xoTLI 1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 qx8fRIK% 1 GLM 1.50000000 55.00000000 'y2nN=CN 2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR 1H@>/QC 3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 r(aLEJ"u? 3 GLM 1.50000000 55.00000000 (-xS?8x$ 4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR Ov4y%Pj END Xti[[s J bRJMYs 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。 ?_$=l1vf CORE 16 gp^5# DSEARCH 2 QUIET k*E\B@W> USE CURRENT 5 ALL 8U>B~9:JO {VvqO7 A GOALS !?p%xj? ELEMENTS 5 v'qG26 FNUM 2 1 /#-C4"| BACK 10 SET RIXMJ7e7 STOP MIDDLE E4W -hq~ STOP FREE ?ROqn6k&c ASPH Q Nq` C.& ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Ib\iT:AJ FOV .2 .4 .6 .8 1 ^m"u3b4 DELAY OFF h\.zdpR NGRID 6 `m>*d!h= SNAP 10 pUq1|)g PLASTIC 5 7 9 11 13 04'~ta(t !QUICK 30 40 {u\Mj ANNEAL 50 10 Q "
'6;/N NPASS 50 ]2'na?q9 END J(%0z:exs SPECIAL AANT R_68-WO ACC 10 1 1 '0uhD.|G ACA 70 1 10
\ 3?LqJ LUL 90 .1 1 A TOTL 9@52Fg;mj END 2?,EzBeal 8`
@G; o GO T/xp?Vq6/ \2}bi:e6 在此案例中,我们使用SET指令指定10 mm的后焦距,。 DSEARCH允许您以三种方式控制该距离:如果您只是给出一个距离,例如BACK 10,程序会在末尾添加YMT求解并在AANT文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子(例如BACK 10 100),则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值,在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在,程序将简单地将后焦距设置为输入值,在这种情况下为10,并且不会添加YMT求解。 对于较复杂的设计,这通常是一个很好的选择,特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 &)vC;$vD` 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。 H nUYqhZS 请注意,在这种情况下我们不使用QUICK选项。 ?)[EO(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。 Y&_&s7z 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: &f^l^K5: DSEARCH发现了10种最佳设计,其中大多数非常好。 !V\Q<So< 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。 .I'o 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 0B&Y]* APS -10 9^Whg~{ '+vA\(K 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。 80&.JP. 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。 z$GoaS( 图5.是真正塑胶材料的镜头取代了最后五个透镜的玻璃材料。 >O?U=OeD 将继续优化镜头,不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料,因此我们从PANT文件中删除所有VY sn GLM行并用VLIST GLM ALL替换它们 Q7C;1aO 这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料。 再次优化和模拟退火。 _~tEw.fM5 再次运行MRG,这次选择Ohara目录。 该程序现在匹配前两个元件,即玻璃,而不是塑胶。 设计与以前一样好,如图6所示。(L41L1) AfP'EP0m 图6所示.所有真实材料的镜头。 w'fT=v) 让我们来看看视场上的衍射图像。 转到MPF对话框,选择“Show visual appearance ”,然后单击“Execute”。 结果,在图8中,在整个视场上几乎是完美的。 B`o]*"xkB 图8.视场上的衍射PSF。 :ORR_f`> 对于那些可能想要进一步评估此镜头的人,RLE文件如下。 您可以复制这些命令行并将其粘贴到EE编辑器中。 .G(llA} ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 )+"'oY$]} ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 f<*Js)k WAVL .6562700 .5875600 .4861300 R8UYP=Kp APS -10 UybW26C;aU UNITS MM vZ N!Zl7S OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 Qb; d:@9 0 AIR "+
>SJ~ 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR {^rs#, W 1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 UH>F|3"d 1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 <[J[idY1he 1 CTE 0.630000E-05 _s$_Sa ; 1 GTB O 'S-LAH59 ' Ppt2A6W 2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR sf| ke9-3 3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 )r
z+'|, 3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 u#A<hq; 3 CTE 0.620000E-05 UMp/\&0 3 GTB O 'S-LAH55V ' ?EpSC&S\ 4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR +|{RE.DL 5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 Ev2HGU [ 5 CC 100.00000000 V0(o~w/W%! 7 ^o@,3__7Q 5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 l?DJJ|> O 5 CTE 0.630000E-04 q@~L&{ 5 GTB U 'OKP4RX50 ' 'K*AV7>E 5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 je4 w=]JV 5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 `)h6j)xiQ 5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 TLf9>=
OVh 5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 R@yyur~'_( 5 PLASTIC 'snn~{hG 6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR s (LT 6 CC -4.75816695 KkMay 6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ,j ',x\ 6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Dbaf0 6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 `L5~mb;7* 6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 H,<7G;FPT 7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 $RwB_F 7 CC -100.00000000 OR Wm
C! 7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 $hVYTy~} 7 CTE 0.630000E-04 cZ+7.oDu 7 GTB U 'OKP4RX50 ' dj&}Gedy 7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 (9mM kU= 7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 F;!2(sPS 7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 "SoHt]%# 7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 M4LktR-[ 7 PLASTIC +P`(Rf"luu 8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR 0l#)fJo 8 CC -0.58536337 =AEz9d ciS 8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Na,_ 8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 w$5A|%Y+V} 8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 nCvPB/- 8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ZRUhAp'<qj 9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 /<3<.
~ 9 CC -3.39966178 v !Kw<
fp| 9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 Lj%{y.Rj 9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 m:O(+Fl 9 CTE 0.900000E-04 FM5e+$>@ 9 GTB U 'ZEON330R ' F{\gc|!i 9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 tNmy&
nsA 9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 8{Fm[
%" 9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 kK~IwA 9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 6ZqgY1 9 PLASTIC yISD/
g 10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR Q1&P@Io$ 10 CC -4.25736209 &Rz,
J] 10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 r\9TMg`C 10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 $
Cjk 10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 bv
dR"G 10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 i"^<CR@e 11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 rp:wQH7 11 CC 1.69037601 bT!($?GNdg 11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 2$zU&p7sV 11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 qq0?e0H 11 CTE 0.900000E-04 "n\%_'R\hH 11 GTB U 'ZEON330R ' :Px\qh}K 11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3|@t%K 11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 "!Rw)=7O 11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 x@cN3O 11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 C;\VO)]t 11 PLASTIC zy N (4 12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR H.J5i~s
12 CC -0.19799751 3@O0^v- 12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 )3z]f2 12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 yNJAWM7 12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 eE/%6g 12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 C@HD(..# 13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 NyI;v= 13 CC -0.64163783 8h?X!2Nq 13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 MdhT!? 8 JF qf;3R 13 CTE 0.630000E-04 ?9u4a_x 13 GTB U 'OKP4RX50 ' VKLU0*2R 13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 2neRJ 13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Q)Dwq? 13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ?Nl"sVCo 13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 eZO9GMO 13 PLASTIC ~' =lou 14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR IB7tAG8 14 CC -0.05459002 VVrwOoCN 14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Q59/ex 14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 g^o_\hp 14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 j=.g:&r) 14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ?'~;Q) 15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR VvgN3e[ END
'=TTa a0zG(7.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。 3GmK3uM 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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