SYNOPSYS 光学设计软件课程四十一:设计一个超广角的镜头
7'|PHQ? S 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。 Trrh`@R 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: 3\{Sf /# 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。 =Wf@'~K0k" 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:  2]+.8G7D% RLE +RkYW*|$S ID WIDE-ANGLE DESEARCH ~laZ(Bma); WAVL .6562700 .5875600 .4861300 a%dx\&K APS 5 h,x] UNITS MM $ZS9CkN OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 HhL%iy1 0REWbcxd" 0 AIR f2wW2]Fg 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR Bu1z$#AC 1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 K\b O[J 1 GLM 1.50000000 55.00000000 i7rq;t< 2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR M2}<gRL*}J 3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 RY{tX` 3 GLM 1.50000000 55.00000000 {rT`*P~ 4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR
`xUPML- END K_QCYS. A-5+# 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。 Aq!['G CORE 16 WM"^#=+$ DSEARCH 2 QUIET ??Zmj:8E' USE CURRENT 5 ALL lQBM0|n 3ZlI$r( GOALS
F"x O0t ELEMENTS 5 0?SLRz8 FNUM 2 1 c~xo@[NaS BACK 10 SET %7msAvbk STOP MIDDLE H|UL5<:]D STOP FREE l,.?-|Poa ASPH Q d8HB2c5y0i ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 hli10p$ FOV .2 .4 .6 .8 1 Zjg\jo DELAY OFF |a{]P=<q NGRID 6 iwQ-(GjM[A SNAP 10 6[.Mx}h6 PLASTIC 5 7 9 11 13 Nb~dw;t !QUICK 30 40 <im<(=m9 ANNEAL 50 10 Q N}fUBX4k NPASS 50 ,SF.@^o@a END pm]DxJ@ SPECIAL AANT m>ycN ACC 10 1 1 /w M ACA 70 1 10 Jwd&[
O LUL 90 .1 1 A TOTL </gp3WQ. END rxj@NwAno xGfDz*t GO _-]!;0EIV T[-c| 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。 _I_?k+#WFe 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。 `8;,&<U'` 请注意,在这种情况下我们不使用QUICK选项。 Reu{
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?n2`l7f 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: 4;RCPC DSEARCH发现了10种最佳设计,其中大多数非常好。 kLt9;<L 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。 &_d/ciq1f 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
}m%?&c APS -10 =5~F6to -,VhS I 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。 ceZ8}Sh 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。 mO)PJd2ZD 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。 t-i6 FS- 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 HDVl5X`j' 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。 oNB,.: 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) ZuvPDW% 图6所示.所有真实材料的镜头。 `%M-7n9Y 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。 {R-82% X 图8.视场上的衍射PSF。 oL Vtu5 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。 @f{_=~+ ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549
Hp} ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 b/B`&CIA0" WAVL .6562700 .5875600 .4861300 [OZ=iz. APS -10 s
S5fd)x UNITS MM 96pk[5lj{? OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 [z% ?MIT 0 AIR pp]_/46nN 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR b"M`@';+ 1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 s`=/fvf. 1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 r1ok u0 o 1 CTE 0.630000E-05 w,Zx5bBg% 1 GTB O 'S-LAH59 ' KO"Jg-6r| 2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR Q"|kW[Sg 3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 n2d8;B# 3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 {(Og/[ 3 CTE 0.620000E-05 qX{X4b$ 3 GTB O 'S-LAH55V ' TcD[Teu 4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR ^'&iYV 5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 yYToiW * 5 CC 100.00000000 )ojx_3j8 7 |vfujzRZ 5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 =1*%>K 5 CTE 0.630000E-04 e" Eqi- 5 GTB U 'OKP4RX50 ' 8nIMZV 5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 K2xH'v
O ( 5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 1a&/Zlr 5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 HX3D*2v": 5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 6KEykw
j 5 PLASTIC lMBX!9z 6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR 1t~FW-: 6 CC -4.75816695 7k[pvd|L 6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 q*[!>\Z8 6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 A{z>D`d 6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 {jOzap| 6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 |
"Jx 7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 ]bTzbu@ 7 CC -100.00000000 3J'73)y 7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 Rkpr8MS 7 CTE 0.630000E-04 N^h|h 7 GTB U 'OKP4RX50 ' *%X6F~h(u 7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 [J)/Et 7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 cgs3qI 7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 @sw9A93A 7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 m7r j>X Y 7 PLASTIC 6|
*(dE2x( 8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR 'y4zBLY 8 CC -0.58536337 j-J(C[[9 8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 @s%X 8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 /!=U+X 8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 M=5d95*-} 8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 W/ g|{t[ 9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 tYs8)\{ 9 CC -3.39966178 \G$QNUU 9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 qDnCn H 9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 n1QEu"~Zj 9 CTE 0.900000E-04 :`0'GM" ` 9 GTB U 'ZEON330R ' v:rD3=M- 9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 t=n+3`g 9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 {Q5KV%F_ 9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 XC|*A$x, 9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 |DN^NhtE 9 PLASTIC w4\BD&7V 10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR X=v~^8M7% 10 CC -4.25736209 t< sp%zXZ 10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 {(rf/:X!p 10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 [34zh="o 10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 zlH28V 10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 j~Q}F |i8 11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 "\}b!gl$8 11 CC 1.69037601 ~Fy`>* 11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 ~?#~ Ar 11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 OmB
TA=E< 11 CTE 0.900000E-04 tY/En-&t 11 GTB U 'ZEON330R ' w{PUj 11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :qxm !P 11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Bk,2WtVX 11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 }@d>, 1DU 11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 N99[.mErU 11 PLASTIC p-.Ri^p 12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR *kP;{Cb` 12 CC -0.19799751 c$9sF@K? 12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 R"@7m!IA 12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 C(G(^_6 12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0HqPyM13Q 12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Di:{er(p 13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 /vHYM S 13 CC -0.64163783 {$;2HbM( 13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 '=VH6@vZ_' 8 OY: u',T 13 CTE 0.630000E-04 .}o~VT:!?Y 13 GTB U 'OKP4RX50 ' DKX/W+#a 13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 H"eS<eT 13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 AcKU^T+ 13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 yq?]V7~ 13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 E Zi &] 13 PLASTIC :vpl+)n 14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR `M:DZNy, 14 CC -0.05459002 :$NsR*Cq*9 14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Pb#P`L7OB 14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 `?l3Ct* 14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ?=<~^Lk 14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 7'z(~3D 15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR E, GN| l END ?ty>}.c t vDsF-u1 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。 k@yh+ v5 除了DSEARCH返回的最佳镜头之外,您还可以尝试其他方案。
|