SYNOPSYS 光学设计软件课程四十一:设计一个超广角的镜头
>Q;l(fdj 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。 qgHWUwr+n 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: Rsk4L0 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。 Eyqa?$R 我们从一个含两个镜片组的简单系统开始,并指定用于广角的物体类型OBD,并在5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始,比如50度,然后,使用WorkSheet™滑块,给元件一些负的光焦度,并将它们向右弯曲。 当看起来效果很好时,增加OBD视场角,以这种方式继续,直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分:  LL |r
A: RLE ]:- mbgW ID WIDE-ANGLE DESEARCH o#Dk&
cH WAVL .6562700 .5875600 .4861300 rJ4S%6w APS 5 v{N`.~,^ UNITS MM *OsQ}onv OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 Y\P8v ,R\ \ % 0 AIR "+nRGEs6 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR H$t_Xw== 1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 RSRS wkC 1 GLM 1.50000000 55.00000000 @b%=H/5\ 2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR 4k1xy## 3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 yx[/|nZDC4 3 GLM 1.50000000 55.00000000 /Cr%{'Pzk 4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR L`TLgH&?R END 8/#A!Ww] *:7rdzn 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。 +TL%-On CORE 16 ^uc=f2=>, DSEARCH 2 QUIET R) h#Vc( USE CURRENT 5 ALL SKN`2[ahD i1d'nxk6 GOALS Gb6 'n$g ELEMENTS 5 n( yn< FNUM 2 1 Nh|uO?&C6 BACK 10 SET &6!)jIWJ STOP MIDDLE *N<]Xy@ STOP FREE g:@#@1rB6 ASPH Q BDDlQci38 ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ^{`exCwMx FOV .2 .4 .6 .8 1 >]TWXmx/w DELAY OFF qe#tj/aZ NGRID 6 ,&.!?0+ SNAP 10 zC!t;*8a PLASTIC 5 7 9 11 13 @,+5y\]C !QUICK 30 40 H*R"ntI?w ANNEAL 50 10 Q tDcT%D {: NPASS 50 @S;'@VC END JH9J5%sp SPECIAL AANT FVKTbvYn ACC 10 1 1 + &Eqk ACA 70 1 10 [9L:),&u
LUL 90 .1 1 A TOTL &p@O_0nF END ZLejcYS #c!lS<z GO U8?mc f$$ /H>MJ 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。 TD0
B% 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。 ;6$jf:2m 请注意,在这种情况下我们不使用QUICK选项。 va@Lz&sAE% 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。 =;
Ff4aF 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: vk^xT DSEARCH发现了10种最佳设计,其中大多数非常好。 _G@GpkSe> 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。 -Q*gW2KmV 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 "!^"[mX4 APS -10 I\ob7X'Xu! A;M'LM- M 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。 CD~.z7,LC 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。 Vc Z3
X4/ 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。 99QU3c<. 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 U5de@Y 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。 usF.bkTp 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) gM:".Ee 图6所示.所有真实材料的镜头。 46h<,na?, 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。 wmLs/:~ 图8.视场上的衍射PSF。 } q8ASYNc 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。 xb8!B ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 "chDg(jMZ ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 (jE9XxQY WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ?e 4/p APS -10 {`@G+JV~Jw UNITS MM R\[e!g*I OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 5.GR1kl6 0 AIR 3!]rmZ-W 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR %.|@]!C 1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 '`Hr} 1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 Q~Wqy~tS 1 CTE 0.630000E-05 NzvXN1_% 1 GTB O 'S-LAH59 '
&6VnySE? 2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR :V||c 5B+ 3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 3Y$GsN4ln 3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 cvL;3jRo 3 CTE 0.620000E-05 J|7 3.&B 3 GTB O 'S-LAH55V ' T>W,'H 4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR S
f#
R0SA 5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 abVmkdP_s 5 CC 100.00000000 f/?P514h 7 ZN0P:== 5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 Z%UP6% 5 CTE 0.630000E-04 dR]m8mdqc1 5 GTB U 'OKP4RX50 ' G3T]`Atf 5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ");a3hD 5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Ny/MJ#Lq 5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 z
F;K 5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 5z)~\;[ - 5 PLASTIC J{G?-+` 6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR %?/X=}sE 6 CC -4.75816695 _+MJ%'>S 6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 vl)l' 6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 8&dF 6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 HGg@ _9tW 6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 J'r^/ 7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 B9S@(/"7 7 CC -100.00000000 dPRra{ 7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 R4d=S4i 7 CTE 0.630000E-04 (QB2T2x 7 GTB U 'OKP4RX50 ' .=;
; 7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 47/iF97 7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 \~ wMfP8 7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 W2!+z{:m 7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 GC'O[q+ 7 PLASTIC Y_P!B^z3 8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR `Q,H|hp;k; 8 CC -0.58536337 d #wVLmKZ 8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ],].zlN 8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 _o~nr]zx 8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Dvln/SBk 8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ;dhQN}7 9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 <#HYqR', 9 CC -3.39966178 =2x^nW 9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 0{SL&<& |