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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

( 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 IE&!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[[sJ  
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。
?_$=l1vf  
    CORE 16 gp^ 5#  
    DSEARCH 2 QUIET k*E\B@W>  
    USE CURRENT 5 ALL 8U>B~9:JO  
{VvqO7A  
    GOALS !?p%xj?  
    ELEMENTS 5 v'qG26  
    FNUM 2 1 /#-C4"|  
    BACK 10 SET RIXMJ7e7  
    STOP MIDDLE E4W -hq~  
    STOP FREE ?R Oqn6k&c  
    ASPH Q Nq` C.&  
    ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Ib\iT:AJ  
    FOV .2 .4 .6 .8 1 ^m"u3b4  
    DELAY OFF h\.zdpR  
    NGRID 6 `m>*d!h=  
    SNAP 10 pUq1|)g  
    PLASTIC 5 7 9 11 13 04'~ta(t  
    !QUICK 30 40 {u\Mj  
    ANNEAL 50 10 Q " '6;/N  
    NPASS 50 ]2'na?q9  
    END J(%0z:exs  
    SPECIAL AANT R_68-WO  
    ACC 10 1 1 '0uh D.|G  
    ACA 70 1 10 \ 3?LqJ  
    LUL 90 .1 1 A TOTL 9@52Fg ;mj  
    END 2?,EzBeal  
8` @G;o  
    GO
T/xp?Vq6/  
\2}bi:e 6  
在此案例中,我们使用SET指令指定10 mm的后焦距,。 DSEARCH允许您以三种方式控制该距离:如果您只是给出一个距离,例如BACK 10,程序会在末尾添加YMT求解并在AANT文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子(例如BACK 10 100),则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值,在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在,程序将简单地将后焦距设置为输入值,在这种情况下为10,并且不会添加YMT求解。 对于较复杂的设计,这通常是一个很好的选择,特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 & )vC;$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 ^K 5:  
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 je4w=]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 ORWm 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 (9mMkU=  
    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 :wQ H7  
    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 zyN (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 JFqf;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 VVrwOo CN  
    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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