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optics1210 2019-01-24 14:46

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:jUsb6  
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 ~|PU{  
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$W  
    STOP MIDDLE C }bPv +t  
    STOP FREE EK.c+Or,  
    ASPH Q a6 * Y%?  
    ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 h!~|6nj  
    FOV .2 .4 .6 .8 1 `F@f?*s:  
    DELAY OFF [L)V(o)v  
    NGRID 6 0= gF6U  
    SNAP 10 -MsuBf  
    PLASTIC 5 7 9 11 13 Wd1 IX^7C%  
    !QUICK 30 40 Z#[>N,P  
    ANNEAL 50 10 Q WVsK rFZT  
    NPASS 50 iiQ||P}5  
    END X.:_"+I;  
    SPECIAL AANT l.yJA>\24I  
    ACC 10 1 1 F ^[M  
    ACA 70 1 10 e4?<GT   
    LUL 90 .1 1 A TOTL = c/3^e  
    END fCs\Q  
YDdLDE  
    GO
h^Arb=I  
>^sz5d+X  
在此案例中,我们使用SET指令指定10 mm的后焦距,。 DSEARCH允许您以三种方式控制该距离:如果您只是给出一个距离,例如BACK 10,程序会在末尾添加YMT求解并在AANT文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子(例如BACK 10 100),则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值,在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在,程序将简单地将后焦距设置为输入值,在这种情况下为10,并且不会添加YMT求解。 对于较复杂的设计,这通常是一个很好的选择,特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 EPR(i#xU  
要求最大元件厚度为10毫米,总长度小于90毫米,以保持合理。 此外,我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则,对于像这样的大角度,可以在全视场获得掠入射光线,由于膜层问题,这是不切实际的。 ,2E`:#$  
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/:>{2cm  
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-lM/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\-xg*'  
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-SB1-5jf  
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<~R2[  
    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{9HooQ{  
    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 *$*nY [/5  
    5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 hx2!YNx !  
    5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 3P<Zzt%eT  
    5 PLASTIC 7csl1|U  
    6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR PLY-,Q&'  
    6 CC -4.75816695 &T| UAM.  
    6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 & Q|f*T  
    6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 QWIOim-  
    6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 eO"\UDBV  
    6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 XO8 H]  
    7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 ~Krg8s!F&  
    7 CC -100.00000000 )f_"`FH0d  
    7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 b(.o|d/P  
    7 CTE 0.630000E-04 =Un6|]  
    7 GTB U 'OKP4RX50 ' e[|p0 ,Q  
    7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 F#3$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$a"h;  
    8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Q& unA3  
    9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 J{'zkR?Lr  
    9 CC -3.39966178 / F  
    9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 Y-q,Ovf!  
    9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 5{x[EXE'  
    9 CTE 0.900000E-04 SieV%T0t1  
    9 GTB U 'ZEON330R ' w7]p9B  
    9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ~wd?-$;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^L15  
    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 sn 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 $hY]EB  
    11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 -*{(#k$  
    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((;/O6  
    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
*[/Xhx"  
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。

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