SYNOPSYS 光学设计软件课程四十一：设计一个超广角的镜头
iyHp$~,q?t
如何使用DSEARCH™设计广角镜头。 如果在DSEARCH文件的SYSTEM部分中输入广角的规格，则很可能没有任何可以实现的初始结构，原因很简单，光线无法通过。 DSEARCH可以纠正某些光线故障，但通常无法优化此类系统。 NWq [22X
|
在这种情况下，有一个相当简单的方法可以很好地实现：首先画出一个前端，将光束转换成一个角度较小的光束，然后从那里开始，用USE CURRENT声明该部分。下面是一个例子： 2n\i0? RD
我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头， F / 2.0。 我们将使用塑胶制作非球面透镜。 首先，我们必须创建一个可追迹的前端。 ]Y/pSwnV
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，并指定用于广角的物体类型OBD，并在5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始，比如50度，然后，使用WorkSheet™滑块，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。 当看起来效果很好时，增加OBD视场角，以这种方式继续，直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分：  W"DxIy
RLE ?N9adL &b
ID WIDE-ANGLE DESEARCH . /z"P]$
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 FZL zu
APS 5 Sxx.>gP"61
UNITS MM }pU!1GsO
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887
Q}`2Y^.
dh 7)N}2
0 AIR n Y. Umj
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR b]s%B.h
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 wN%D M)* k
1 GLM 1.50000000 55.00000000 _@}MGWlAPt
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR Ib<5u
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 +RKE|*y
3 GLM 1.50000000 55.00000000 y0Q/ B|&[
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR HEW9YC"
END 4 Q>jP 3
M`f; -
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。 -t706(#k
CORE 16 g#bfY=C
DSEARCH 2 QUIET 4h0jX 9
USE CURRENT 5 ALL Xj&~N;Ysb
HhT8YH
GOALS ~N+/ZVo&y
ELEMENTS 5 2&G1 Q'!
FNUM 2 1 0zk T8'v
BACK 10 SET -^NAHE$bW
STOP MIDDLE `qy6 qKl
N
STOP FREE R2Fh^x
ASPH Q Z!BQtIC s
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 \$0
x8B
FOV .2 .4 .6 .8 1 >@92K ]J
DELAY OFF QK/+*hr;
NGRID 6 %v6]>FNP'3
SNAP 10 s Gm(Aax*0
PLASTIC 5 7 9 11 13 =M
km: '1r
!QUICK 30 40 3 qd-,qC
ANNEAL 50 10 Q q?'gwH37
NPASS 50 @):NNbtA
END ,, -[P*@
SPECIAL AANT
{83He@
ACC 10 1 1 -X[8 soz
ACA 70 1 10 s%?p%2&RA
LUL 90 .1 1 A TOTL frO/
nx|9
END "rlS K >`
i(qYyO'
GO Ydd>A\v \;
-W"0,.Dvg
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距，。 DSEARCH允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如BACK 10，程序会在末尾添加YMT求解并在AANT文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加YMT求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 ?@ye*%w _
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 !-}*jm p<
请注意，在这种情况下我们不使用QUICK选项。 7Mb t*[n
最后一点：我们在上面的输入中给出了FNUM请求的权重。 如果我们不这样做，程序将通过UMC求解来控制F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于没有光线通过。 同样，对于这样复杂的设计，我们必须引导一些事情。 通过在FNUM线上添加权重，程序将最后一个面的曲率视为变量，并控制AANT文件中的F /number，而不是曲率求解。 ("@V{< 7(t
好的，我们的输入已准备就绪，因此我们运行此DSEARCH文件。 大约两分钟后我们看到了结果： e X),B
DSEARCH发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 }\qdow-
现在需要进一步改进设计。 运行DSEARCH产生的优化MACro，镜头的性能变化很小。 vrEaNT$J-
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 +53zI |I
APS -10 /8-VC "
4I [FE;^
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。 GZ>% &^E
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。 ^cXL4*_=
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。 Oh85*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 ~0$F
V
这只会改变第一和第二个镜片的当前玻璃模型的材料。 再次优化和模拟退火。 ~;4k UJD
再次运行MRG，这次选择Ohara目录。 该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑胶。 设计与以前一样好，如图6所示。（L41L1） Pw0 KQ Us
图6所示.所有真实材料的镜头。 QZq9$;>dW
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。 OU5|m%CmO
图8.视场上的衍射PSF。 .BB:7+
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。 "ddH7:(k<
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 j24
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 Rm 1` D
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 av$_hEjo|D
APS -10 gd,%H @3
UNITS MM 93eqFCF.
OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 Tsp-] -)
0 AIR ~O7(0RsCN
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR J7] 60H#P
1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 \ @t5S
1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 PKs%-Uk
1 CTE 0.630000E-05 2cL )sP}
1 GTB O 'S-LAH59 ' DyTk<L
2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR ~F6gF7] z
3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 ?B!ZqJ #
3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 "4AQpD
3 CTE 0.620000E-05 ._nKM5.
3 GTB O 'S-LAH55V ' D}U<7=\3H
4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR e %Xf*64
5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 CXFAb1m
5 CC 100.00000000 beR)8sC3q
7 ?i=!UN
5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 lH>XIEj
5 CTE 0.630000E-04 H?^#zj`Ex+
5 GTB U 'OKP4RX50 ' `5&V}"lB
5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 pREY AZh
5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 WYzaD}
5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 *g6o ;c
5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Czxrn2p/
5 PLASTIC sYP@> tHC
6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR xA E@cwg
6 CC -4.75816695 4^^rOi0
6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 O; sQPG,v
6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 cTTE] ix]
6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 W
A} @ n
6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 K! j*:{
7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 V gk,+l!4
7 CC -100.00000000 @&B!P3{ f
7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 *v3
|
7 CTE 0.630000E-04 W
(=B H
7 GTB U 'OKP4RX50 ' 2:F
7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 _If?&KJ r
7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 IW _D$pq
7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ,4,c-
7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 <]^D ({`
7 PLASTIC loe>"_`Cq
8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR %/on\*Vh3
8 CC -0.58536337 } O
8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00
RZ%X1$
8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0z#kV}wE
8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Af<>O$$6
8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 7# 3)&"j
9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 :n9^:srGZH
9 CC -3.39966178 L|w-s4L
9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 :/q O*&i,N
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 (=/;rJ`q
9 CTE 0.900000E-04 ;# j 82
9 GTB U 'ZEON330R ' \TlUC<urP
9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 gV kI=J
9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Uk6 !Sb
9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 1?\ Y,+
9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 p]eD@3Wz
9 PLASTIC ;~1JbP
10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR 3wl>a#f
10 CC -4.25736209 v{ Ve sf
10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 `1]9(xwhQ0
10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 V}-o): dI|
10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 NkI:
10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 I9>*Yy5RNS
11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 yRkMR$5&
11 CC 1.69037601 0g-ESf``{n
11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 ^ ni_%`Ag
11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 (=rv `1
11 CTE 0.900000E-04 "mK (?U!A
11 GTB U 'ZEON330R ' B,,d~\
11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 YYW70k:
11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 09 s}@C
11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Bn q\Gg
11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 It-*CD9
11 PLASTIC F\bI6gj
12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR GR
`ncI$z
12 CC -0.19799751 ze)K-6SKH
12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 GY xI$y0:
12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 #5 7z-x[1
12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 wgr O W]e
12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 a0\UL"z#+
13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 3~rc= e
13 CC -0.64163783 1A-EP@# J
13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 ?UDO%`X
8 ^^uD33@_
13 CTE 0.630000E-04 Uiw7Y\Im|
13 GTB U 'OKP4RX50 ' MX,0gap
13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !@k @7~i
13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 YU(*kC8
13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 7:'>~>'
13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 d.o FlT
13 PLASTIC FoCkTp+/
14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR B)8Hj).@B
14 CC -0.05459002 3
?~+5DU
14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :j4
[_9\
14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 yVzg<%CR^
14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 S]O Hv6
14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ZN eqsN{
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR [)vwg`]
END r0
C6Ww7u
f om"8iL1
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。 m Xj Ljgc}
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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