设计一个超广角的镜头:SYNOPSYS 光学设计软件

TntTR"6aD
我们经常被问及使用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，则很可能没有任何候设计可以工作，原因很简单，没有光通过。 DSEARCH可以纠正某些光线故障，但通常无法优化此类系统。所以你会怎么做？ pIpdVKen
在这种情况下，有一个相当简单的方法可以很好地起作用:粗略地画出一个简单的前端，将光束转换成一个角度较小的光束，然后从那里出发，用USE CURRENT声明该部分。这是一个例子: lOb(XH9
我们想要一个半场角为92.4度的镜头， F / 2.0。我们将制作塑料材料制作透镜，这可以是非球面的。首先，我们必须创建一个可追踪的前端。 V#Y"0l+~
我们进入一个带有两个镜头的简单系统，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，给出元件一些反向的光焦度，并将它们向右弯曲。当看起来效果很好时，我们增加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：

8qfXc ^6
    RLE 'O2/PU2_
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH yZoJD{'?Sw
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ZhRdml4U2
     APS               5 ^HuB40
     UNITS MM L"c.15\
     OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 :T@} CJ
[ gR,nJH.
       0 AIR e*I92
    0    CV  1.0000000000000E-09 AIR 'vq0Tw5
    1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 5K&A2zC|
    1    GLM      1.50000000             55.00000000 Ms3GvPsgv
    2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR !lZ}kz0
    3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 &Wdi 5T8
    3    GLM      1.50000000             55.00000000 V+U89j1g
    4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR    5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR i3L2N~:V
    END

我们的92.4度进入光束以合理的角度射出。现在我们可以创建DSEARCH输入MACro。

^e\$g2).
    CORE 16 CZy3]O"qW
    DSEARCH 2 QUIET %'X7T^uE
    USE CURRENT 5 ALL qrZ3`@C4k
IQd~` G
    GOALS 33~8@]b
    ELEMENTS 5 pP"j|
    FNUM 2 1 r/)ZKO,
    BACK 10 SET tU!Yg"4Q
    STOP MIDDLE 4OAR["f
    STOP FREE vwa*'C
    ASPH Q G%!i="/9
    ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 )3f\H
    FOV .2 .4 .6 .8 1 f4f)9n
    DELAY OFF NP4u/C<
    NGRID 6 Dwr"-
    SNAP 10 8`1]#Vw
    PLASTIC 5 7 9 11 13 `6#s+JA[
    !QUICK 30 40 +T,A^(&t
    ANNEAL 50 10 Q ])?h~
    NPASS 50 E1w8d4P,G
    END 7.)_H
    SPECIAL AANT AG;KXL[V
    ACC 10 1 1 U1rr=h g
    ACA 70 1 10 zITxJx
    LUL 90 .1 1 A TOTL Gfy9YH~
    END cc1M9kVi
/+ais3
    GO

在此文件中，我们指定了10 mm的后焦距，使用SET指令修复。 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结果值。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。对于困难的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚拟图像的系统时。
我们要求最大元件厚度为10毫米，总长度上限为90毫米，以保持合理。此外，我们将光线截距角限制在不超过70度。否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射射线，由于涂层问题，这是不切实际的。
请注意，在这种情况下我们不使用QUICK选项。对于更简单的工作来说，这是一个强大的工具，但这个工作并不那么简单，我们需要在每个候选系统上进行全面优化。我们在上面注释了这一点，强调了这一点。
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，对于像这样的困难设计，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。
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：

DSEARCH绘制了它发现的10种最佳设计，其中大多数实际上非常好。
好的，我们正在顺利进行，但我们需要在某种程度上改进设计。我们运行DSEARCH为我们制作的MACro优化，镜头变化很小。
现在我们必须检查视场的质量。在PAD中，我们单击PAD工具栏中的“扫描”按钮

，然后观察到靠近曲面10的不明显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

S<i.O
APS -10

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，优化并退火。

这是一个非常有前途的设计，所以让我们替换成真实的材料。打开MRG对话框，选择U目录（仅匹配塑料透镜），QUIET，SORT，然后单击OK。镜头材料现在是真正的塑料材料。

图5.带是真正塑料材料的镜头取代了最后五个透镜的玻璃材料。
我们差不多完成了。我们将继续优化镜头，我们不希望我们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
这只会改变第一和第二元件的当前玻璃模型的材料。再次优化和退火。
现在我们再次运行MRG，这次选择Ohara目录。该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑料。设计回归与以前一样好，如图6所示。（L41L1）

图6所示.所有真实材料的镜头。
我们做得怎么样？让我们来看看视场上的衍射图案。转到MPF对话框，选择“显示可视外观”，然后单击“执行”。结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。

图8.场上的衍射PSF。
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE文件如下。您可以复制这些行并将其粘贴到EE编辑器中。

"WbKhE
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 $DnR[V}rR!
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 nT}i&t!q8@
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 1L?W+zMO
    APS -10 VuK>lY&
    UNITS MM ;l < amB
    OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 LFYSur8
    0 AIR 9d=\BBNZ
    0 CV 1.0000000000000E-09 AIR $kkL)O*"]
    1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 a6It1%a+
    1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 4V mUTMY
    1 CTE 0.630000E-05 W,!7_nl"u
    1 GTB O 'S-LAH59 ' [`bK {Dq2
    2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR "kIlxf3
    3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 WVp6/HS
    3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 l>(*bb1}b
    3 CTE 0.620000E-05 BmYX8j]
    3 GTB O 'S-LAH55V ' 2Ib 1D
    4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR )g]A 'A=
    5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 -0NkAQrg
    5 CC 100.00000000 h^14/L=|
    7 ;.R) uCd{=
    5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 pm[i#V<v
    5 CTE 0.630000E-04 7pnlS*E.
    5 GTB U 'OKP4RX50 ' =k1sF3.V'c
    5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 x7jFYC
    5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 :TV`uUE
    5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 G"6XJYoI
    5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 P/q] u
    5 PLASTIC tk:G6Bkid
    6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR EEx:Xk%5hX
    6 CC -4.75816695 2l:cP2fa
    6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !g#y$
    6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ;!3: 3;
    6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 =xSf-\F
    6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 q$K}Fm1C
    7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 L EFLKC
    7 CC -100.00000000 #hXvGon$?
    7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 NJQy*~P
    7 CTE 0.630000E-04 6%wlz%Fp
    7 GTB U 'OKP4RX50 ' yDRi
    7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 lWP]}Uy=5~
    7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 'Ddzlip
    7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 >m%7dU
    7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Y&DoA0/y
    7 PLASTIC 8~Pdr]5
    8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR 6C ?,V3Z
    8 CC -0.58536337 OF-g7s6VH
    8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |~rKDc
    8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 K<pZ*l
    8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ]4K4Nh~
    8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 xjrL@LO#
    9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 Q=#FvsF#z3
    9 CC -3.39966178 2gEF$?+q?
    9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 nm%7e!{m
    9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 *|;`Gp
    9 CTE 0.900000E-04 yOk{l$+
    9 GTB U 'ZEON330R ' /^X)>1)j
    9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 <B @z>V
    9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 _|;{{8*?
    9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 HLc3KYIk
    9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Ev3,p`zS._
    9 PLASTIC pP#|: %
    10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR q_"w,28
    10 CC -4.25736209 l?Ls=J*
    10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 %D% Ok7s})
    10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 p )WRsJ8
    10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 T!^v^m@>y
    10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 l701$>>
    11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 ]c6h'}
    11 CC 1.69037601 2~V"[26t
    11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 K=pG,[ChA
    11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 - "{hP
    11 CTE 0.900000E-04 C+dz0u3s
    11 GTB U 'ZEON330R ' 7d+0'3%
    11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ]8<`&~a
    11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 X `F>kp1
    11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 <KE%|6oER
    11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 JE<h
    11 PLASTIC [EK^0g
    12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR h*3{IHAQ
    12 CC -0.19799751 |A+,M"F?
    12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 O]@s`w
    12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ^)aj,U[
    12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ;*=7>"o'`
    12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 _p^Wc.[~M
    13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 dh%DALZ8t
    13 CC -0.64163783 TpdYU*z_Br
    13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 u EERNo&
    8 NH*"AE;
    13 CTE 0.630000E-04 }U%T6~_wR
    13 GTB U 'OKP4RX50 ' Mh{;1$j#
    13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #Kx @:I
    13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 btbuE
    13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 V=YDqof
    13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 <vb7X
    13 PLASTIC YHxQb$v)
    14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR m9\~dD
    14 CC -0.05459002 f>&*%[fw
    14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Y3-f68*(
    14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 $6 4{Ff
    14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 BH}M]<5
    14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ~&"'>C#
    15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR $Yw~v36`t/
    END

让我补充一些技巧性。这种设计很棘手，如果你是SYNOPSYS的新用户，并且事情进展并不顺利，你将不知道该怎么做。请注意，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失败。虽然使用解决方案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这种问题。此外，在设计基本完成之前，我们没有使用真正的光瞳。真实光瞳搜索是强大但不可靠，并且利用这种大角度光线和非球面系数，很容易进入无解。所有这些都可以通过使用无瞳来避免直到设计形状良好。
最后，除了DSEARCH返回的最佳镜头之外，还要做更多的调研，最上面的那个，在这个例子中，被证明是最好的，但这并不是一直都这样。这就是为什么DSEARCH返回的不仅仅是一个镜头。

详情请咨询：sales@asdoptics.com 027-87582688

optics1210	2019-01-20 11:35
本文提供了一种设计思路！

查看本帖完整版本: [-- 设计一个超广角的镜头:SYNOPSYS 光学设计软件 --] [-- top --]