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。
Bv<g Vt aw*]b.f 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:
Z*k(Q5&U .a@12J(I 我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头,F 数为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。
MltO.K! 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,并在表面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:
RcYUO* \Bo$
3 H!IVbL`a{
pAy4%|(
`p()ko 镜头文件:
u9"=t RLE
ZO<,V ID WIDE-ANGLE DESEARCH
OFtaOjsyUa WAVL
.6562700 .5875600 .4861300 &E&~9"^hQL APS 5
gzs\C{4D UNITS
MM "6jt$-? OBD
1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 t{>K).' ~(R=3 0 AIR
Py; 5z 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR
JQ%hh&M\0 1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000
l eC!Yj 1 GLM 1.50000000 55.00000000
t.(
`$ 2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR
h*fN]k6 3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000
Gn2{C% 3 GLM 1.50000000 55.00000000
( cs 4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR
lUu0AZQmG 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR
y RxrfAdS END
VEgtN} JR]2Ray 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。
=>
(g_\ dL0Q8d\^T CORE
16 7ui<2(W@0 DSEARCH
2 QUIET
e}uK"dl( USE CURRENT 5 ALL
`]5qIKopL *p(_="J, GOALS
:H&Q!\a ELEMENTS 5
vFk@
FNUM
2 1 .
Vb|le(7 BACK 10 SET
X~r9yl> STOP
MIDDLE 8Yq06o38C STOP
FREE hi"C<b. ASPH Q
UVw^t+n ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
)J 'F]s FOV .2 .4 .6 .8 1
j#//U2VdN DELAY OFF
xrg"/?84 NGRID 6
D)-LZbPa SNAP
10 C'I&< PLASTIC 5 7 9 11 13
:TTq
!QUICK 30 40
8!2)=8|f ANNEAL
50 10 Q
fJ*^4 NPASS 50
":/c|! END
`Q*`\-8J SPECIAL
AANT E>_Rsw * ACC
10 1 1 b\"F6TF: ACA
70 1 10 (u 7Lh>6% LUL
90 .1 1 A TOTL O!"K'Bm END
Y~}MfRE3z GO
Tr?p/9.m
S>dHBR#AD y[i}iT/~ ) f~;P+ 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。
pb97S^K[ 8xlj,}QO\ 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。
OL\-SQ& ]0R*F30] 请注意,在这种情况下我们不使用 QUICK 选项。
!}6'vq @|:fm()
< 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 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。
E 3'I; xo@1((|z 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:
)x!q;^Js9A 5~h)pt47 v\w*VCjoV
11l=zv
]|3hK/ DSEARCH 发现了10种最佳设计,其中大多数非常好。
U
'{PpZ j&
7>ph 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。
~3s?.[}d sK%b16# 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9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,我们必须控制它。
Vs"b
gxO~44" 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
{gzQ/|}#z- APS -9
XuP%/\ CSTOP
4S42h_9 WAP 2
=Z.0-C>W 来在表面9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,修改 DESEARCH_OPT 中厚度变量声明为 VLIST TH ALL,优化并模拟退火。
W<q<}RSn diXWm-ZKL '_?Z{|
)Cdw_Yx
vEx'~_+a9 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。
fExFpR,` q# j[0,^ $ L$Z!
\8#[AD*@s2 将继续优化镜头,不希望的塑料材料被更换成其它的玻璃材料,因此我们从 PANT 文件中删除所有 VY sn GLM 行并用 VLIST GLM ALL 替换它们。
ILCh1=?{9r <J d!`$ 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。
l'l&Zqd 46vC/ 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)
fOMaTnm' p{oz}} vs8[352
-Jd7
|gV~U~A]
F+Kju2 让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框,选择“视觉外观”,放大设置为5,然后单击“执行”。结果,在图8中,在整个视场上几乎是完美的。
-$!r+4|q i3XtrP"" Dh^l:q+c
6c+29@
FTUfJIVN(
r~=+>,
_ 对于那些可能想要进一步评估此镜头的人,RLE 文件如下。您可以复制这些命令行并将其粘贴到 EE 编辑器中。
G>pedE\ RLE
?n<F?~ ID WIDE-ANGLE DESEARCH 4
0VvY(j:hp ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12
D;JZ0." FNAME 'DSEARCH004.RLE '
iAe"oXK| MERIT 0.617523E-03
y
a$yRsd` LOG 4
\@PMj"p|: WAVL .6562700 .5875600 .4861300
JAHmmNlW APS -9
Q=!QCDO( CSTOP
#>_t[9; WAP 2
!l dE9 . UNITS MM
n%h009-5 OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -17.3394812 0 0 0.2887
>W+,(kAS zecM|S _ 0 AIR
kPOk.F%) 0 CV 1.0000000000000E-09 AIR
0qR#o/~I 1 CV 0.0360722609606 TH 2.22538987
],AtR1k 1 GLM 1.582541321 69.489424800
4+qo=i 2 CV 0.1129035344111 TH 7.33905916 AIR
x=0Ak'1M 3 CV 0.0258877283000 TH 1.00000000
qh bagw~ 3 GLM 1.862101561 32.759137271
_&(Wz0 4 CV 0.1907815401493 TH 4.62505325 AIR
dDiy_Q6 5 RAD -22.0769352833601 TH 8.06760017
PUea`rE?R 5 CC 15.35107422
<O)
if^ 5 N1 1.57747609 N2 1.58304761 N3 1.59677576
5<X"+`=9 5 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01
W' Y<iA 5 CTE 0.650000E-05
j*2/[Eq 5 GTB U 'AD-5503 '
,6y.wNb :F 5 DC1 0.000000000E+00 -1.278372376E-03 -2.704225148E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00
y-@`3hYM@ 5 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
KdiJ'K. 5 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
8F\'?7 5 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
q:F6MW 5 PLASTIC
pV<K=;:x> 6 RAD -6.3843807900976 TH 1.00000000 AIR
<> HI(6\@Z 6 CC -1.63833609
,P`:`XQ>_B 6 DC1 0.000000000E+00 1.393260648E-04 -8.694519770E-06 0.000000000E+00 0.000000000E+00
3I'7+?@@l 6 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
&: LE]w 6 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
w)go79 6 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
TH>uL;?= 7 RAD -7.9324248616851 TH 10.01456860
&%3}'&EBv 7 CC -3.18613168
V#599- 7 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386
Oc~<`C~ 7 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01
u<"-S63+ 7 CTE 0.600000E-04
Fbotn(\h@ 7 GTB U 'ZEON480R '
m k~F@ 7 DC1 0.000000000E+00 9.236235094E-04 -1.504353071E-05 0.000000000E+00 0.000000000E+00
Oxu}W%BF* 7 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
&iuMB0rbu 7 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
3-y2i/4}$ 7 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
n%2c<@p# 7 PLASTIC
BDL[C<d( 8 RAD -19.0181938596098 TH 16.68648421 AIR
ty;a!yjC 8 CC -0.98132904
aEUEy:. 8 DC1 0.000000000E+00 7.229015854E-06 -3.530119818E-07 0.000000000E+00 0.000000000E+00
4D.h~X4 8 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
O~J f"Ht 8 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
1jK2*y 8 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
4,`t9f^: 9 CAO 1.68737382 0.00000000 0.00000000
N#OO{`":Z` 9 RAD 4.2463061617809 TH 1.50735195
D(_j;?i 9 CC -5.54999790
W)2k>cS 9 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386
laCVj6Rk 9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01
?MRT 9 CTE 0.600000E-04
?S)Pv53>} 9 GTB U 'ZEON480R '
n Fwg pT 9 DC1 0.000000000E+00 4.513134509E-03 -1.189291744E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00
w$qdV,s 7 9 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
Fyz1LOH[X 9 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
HlxgJw~< 9 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
!{r@ H+Kf 9 PLASTIC
it j&L <e 10 RAD -8.0304051087170 TH 1.00000000 AIR
Ta8lc %0w3 10 CC 0.92206943
06af{FXsGb 10 DC1 0.000000000E+00 -4.950375968E-03 1.189788976E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00
TY+Rol;! 10 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
z9Y}[pN 10 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
O8*yho 10 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
Q:b>1 11 RAD -3.7613156285095 TH 1.00000000
R,hwn2@B 11 CC -0.42284721
rgv$MnG 11 N1 1.60143115 N2 1.60793545 N3 1.62454862
RLh%Y>w 11 CTE 0.720000E-04
b5
AP{
# 11 GTB U 'OKP4 '
:Mu]*N 11 DC1 0.000000000E+00 1.180068221E-02 5.892483716E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00
!&G&
~*.x 11 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
*%]&5 11 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
od/Q"5t[p 11 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
GQ9H>Ssz 11 PLASTIC
x50ZwV&j 12 RAD 5.2837613214415 TH 1.00000000 AIR
Nk\/lK\ 12 CC -21.87743665
meD?<g4n~" 12 DC1 0.000000000E+00 7.571999432E-03 2.001801857E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00
n~yhX%=_Du 12 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
K}dvXO@=|c 12 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
|r`0< ` 12 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
=6,w~|W 13 RAD 2.2918318217542 TH 5.99479908
O3L:v{Kn 13 CC -2.93101390
Vg`32nRN 13 N1 1.52289510 N2 1.52565759 N3 1.53222386
VPDd*32HC 13 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01
I(Q3YDdb 13 CTE 0.600000E-04
$=!_ !tr 13 GTB U 'ZEON480R '
;`Wh^Qgi 13 DC1 0.000000000E+00 4.465123244E-03 -4.565059943E-04 0.000000000E+00 0.000000000E+00
[@/x
13 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
O=}jg0k 13 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
|/RZGC4 13 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
csv;u' 13 PLASTIC
/n 1H;~f] 14 RAD -9.3294652456923 TH 1.00000000 AIR
;0 9~#Wop 14 CC 16.95417460
*edhJUT 14 DC1 0.000000000E+00 -8.733089016E-03 1.818419746E-03 0.000000000E+00 0.000000000E+00
/s`8=+\9 14 DC2 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
Z&Z=24q_ 14 DC3 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00
D7,{p2<2T 14 DC4 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
=@ed{~ 15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR
HqKD]1 END
Ix+\oq,O vy5SBiK 另一种广角镜头:
U=KFbL1Q 在本章的第一部分中,我们观察到,超过90度的输入角需要一个定制的前端,其目的是将主射线的角度减小到一个更易于控制的值,以便光线能够通过。但如果这个领域的角度小于90度,工作就简单多了。
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V!B& 点击打开 C45M2,我们使用 DSEARCH 本身,没有添加前端,并指定广角校正
参数(WAC)为50度,此镜头的最大视场角为86度而不是92.4度
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G+W0X 本例中,搜索统计显示,待分析的128例中,共有59例由于光线追迹失败而跳过。如果在不带WAC参数的情况下运行这个宏,程序将跳过128种情况中的125种。不要跳过用例总是一个好主意,因为有希望的配置可能会被错过。当你用 DSEARCH 搜索最佳镜头设计时,WAC参数是你可以尝试的另一个参数。
6tT*b@/_o ,=t}|!jx 镜头仍然需要额外的工作,正如之前所做的,但重点是,有了这个稍微减少的视场角,工作更简单,不需要像我们上面做的那样对前端元素进行初步的计算。
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e/\ d7!, 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。
D"GQlR i{nFk',xX 除了 DSEARCH 返回的最佳镜头之外,您还可以尝试其他方案。