SYNOPSYS 光学设计软件课程四十一：设计一个超广角的镜头
;[g~h |{6
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。 p<Tg}fg
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： [xGL0Z%)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。 L"?4}U:
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：  tBw P B#:W
RLE kDE:KV<"c
ID WIDE-ANGLE DESEARCH j\Fbi3H
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 H.l
WHM+H4
APS 5 B%))HLo'
UNITS MM )liNjY@
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 IsFL"Vx
:'fK `G
6
0 AIR KM^}d$x}s
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR ,g|ht%"
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 _jxysFl=
1 GLM 1.50000000 55.00000000 n4"xVDL
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR @}+B%R
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 1OqVNp%K
3 GLM 1.50000000 55.00000000 (V/! 0Lj
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR 4`r-*Lx
END 5$$]ZMof
cj[%.M5iBA
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。 9N) Ea:N
CORE 16 iq 8Hq)I]
DSEARCH 2 QUIET 1ahb:Mjv
USE CURRENT 5 ALL IY2f$YV
sP8_ Y,
GOALS ]tbl1=|
ELEMENTS 5 H
a`V"X{}
FNUM 2 1
)$2h:dw_
BACK 10 SET z KG]7
STOP MIDDLE @XKVdtG
STOP FREE G#'G9/Tm
ASPH Q |B),N f|a
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 oT}Sh4Wt.
FOV .2 .4 .6 .8 1 h#|A c>fz
DELAY OFF ) f%Q7
NGRID 6 bGB5]%v,
SNAP 10 e#tWQM3
PLASTIC 5 7 9 11 13 &v+Hl ^
!QUICK 30 40 <<1_rRL]
ANNEAL 50 10 Q S?~/
V ]
NPASS 50 .Na'yS `J
END ;, u7)
SPECIAL AANT }iB>3|\
ACC 10 1 1 o -]8)G>~M
ACA 70 1 10 8RVeKnpXTV
LUL 90 .1 1 A TOTL 93Q x+oK]
END r9^~I
~$ 4!C'0
GO yf e4}0}
G 0x!:[
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。 o7:"Sl2AD
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。 Ng1[y4R}
请注意，在这种情况下我们不使用QUICK选项。 d1d:5 b
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。 3 W?H^1t
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： 0a v2w5>af
DSEARCH发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 !f8]gT zN
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。 <d3N2
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 y@]:7
APS -10 Be0v&Q_NK
\YF'qWB
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。 T7 XbbU
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。 4 = hz4(5a
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。 TbhsOf!
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 M4}zRr([.5
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。 K6oQ x)|
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） ",Fqpu&M
图6所示.所有真实材料的镜头。 #K[6Ai=We}
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。 T:EU I ]
图8.视场上的衍射PSF。 K;(t@GL?
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。 T9P u V
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 !X/O1PM|
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 n' Z5rXg
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 nA XWbavY
APS -10 P;l D ri
UNITS MM T#R*]
OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 C]%}L%,
0 AIR QU^?a~r
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR Zk
9 i}H
1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000
$T }Dn[.
1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 @RVj~J.A
1 CTE 0.630000E-05 ~px)Jd
1 GTB O 'S-LAH59 ' [5jXYqD=vj
2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR CjlA"_!%E
3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 wg 6
3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 &+F}$8,
3 CTE 0.620000E-05 FPX B>D'
3 GTB O 'S-LAH55V ' )u(Dq u\t
4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR %(n^re uP
5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 nL-kBW Ed>
5 CC 100.00000000
W &Gt^5
7 _f~m&="T!
5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 /s~&$(d59o
5 CTE 0.630000E-04 Av^<_`L :
5 GTB U 'OKP4RX50 ' YXjWk),
5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 [^E{Yz=8,
5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 q| 7$@H^*
5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 >>HC|
5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 D<XRu4^;
5 PLASTIC *Wz\FixP0
6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR qx\P(dOUf
6 CC -4.75816695
.< /.(7
6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 05Go*Qv V
6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 joJ:* oL
6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 9$:+5f,%a
6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 E'4 dI:
7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 9\D 0mjn=l
7 CC -100.00000000 b_j8g{/9
7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 |F^h >^
x
7 CTE 0.630000E-04 GjvTYg~
7 GTB U 'OKP4RX50 ' r:uW(<EP^
7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Z Ro-=/1
7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 AT]Ty
7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 eMV@er|
7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 rC df*;
7 PLASTIC qJrMr4:F
8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR C1KO]e >
8 CC -0.58536337 h9 & V
8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 JqmKD4p
8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 j>t*k!db
8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 8cyC\Rs
8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 b5Pakz=jNM
9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 f.SmCgG
9 CC -3.39966178 z("Fy
9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 koAM",5D
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Pb-Ft =
9 CTE 0.900000E-04 6$^dOJ_"
9 GTB U 'ZEON330R ' y()Si\9v
9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 GBsM?A:
9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 SQd`xbIuL
9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 r@m2foaO
9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 FI$#x%A
9 PLASTIC CD+2
w
cy
10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR `Gp !Y
10 CC -4.25736209 ~
U,a?LR/
10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Ho:X.Z9A^
10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 {b6g!sE
10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 j,/t<@S>
10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 HGjGV] N5
11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 a \PvRW*I
11 CC 1.69037601 SZ m)`r\A
11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 @0>3))
11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 d@72z r
11 CTE 0.900000E-04 _ ooSMp|
11 GTB U 'ZEON330R ' 9k@`{+wmZ
11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 f{Dc R "
11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 8?7gyp!k_f
11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 s *B-|
11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 sC .R.
11 PLASTIC I2wT]L UV
12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR !B3lsXLSY
12 CC -0.19799751 tyLR_@i%%
12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 9#;UQ.qA
12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 d^w*!<8
12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 / B?hM&@z
12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 '0xJp|[xVP
13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 h8yv:}XU*
13 CC -0.64163783 j;k(AM<
13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 ] cv|A^
8 > HL8hN'q'
13 CTE 0.630000E-04 '\2lWR]ndd
13 GTB U 'OKP4RX50 ' Nv
iPrp>c
13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -0) So
13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 a'v%bL;H~
13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 QJG]z'c+
13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 !\NKu1ta
13 PLASTIC adJoT-8 P6
14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR D^ Z~>D6
14 CC -0.05459002 GZN@MK*co
14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 %V$ujun`
14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 JAA P5ur
14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 h ,@x5q>g
14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 A*h)p@3t<
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR /rNY;qXM
END IpxFME%!
XKsG2>l-W
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。 hfvs' .
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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