设计一个超广角的镜头:SYNOPSYS 光学设计软件

qM9> x:V
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？ NaC}KI`
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: v]U0@#/p
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。 icXeB_&cS
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：

q/dja
    RLE Yg!xlrxA
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH sSsRn*LN-:
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 p77
     APS               5 Y/`*t(/5
     UNITS MM Vbp`Rm1?
     OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887 oF=UjA
c n^z=?
       0 AIR dL|*#e
    0    CV  1.0000000000000E-09 AIR mAuN* (
    1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000 P7y.:%DGD0
    1    GLM      1.50000000             55.00000000 *v0}S5^/"
    2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR >OW>^%\!1
    3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000 $&to(
    3    GLM      1.50000000             55.00000000 >-4kO7.V
    4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR    5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR > m##JzWLr
    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。

#RVN7-x
    CORE 16 xYD.j~
    DSEARCH 2 QUIET t'DYT"3
    USE CURRENT 5 ALL hgI;^ia
I>%@[h,+
    GOALS mqKr+
    ELEMENTS 5 Bw*6X`'Q
    FNUM 2 1 yUlYf#`H
    BACK 10 SET gs9VCaIa
    STOP MIDDLE Fy-|E>@]D
    STOP FREE ca?;!~%zA
    ASPH Q 9/4Bx!~A
    ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ?%wM8?
    FOV .2 .4 .6 .8 1 _sI\^yZd
    DELAY OFF u{(-`Al}L
    NGRID 6 +i6XCN1=
    SNAP 10 WoX,F1o
    PLASTIC 5 7 9 11 13 jjU("b=
    !QUICK 30 40 _%6Vcy
    ANNEAL 50 10 Q c(!8L\69V}
    NPASS 50 _5SA(0D#9
    END G8Sx;Xi
    SPECIAL AANT 8jm\/?k|
    ACC 10 1 1 .80L>0
    ACA 70 1 10 h;Se.{
    LUL 90 .1 1 A TOTL H/BU2sa
    END t9+ME|
h;`]rK;g
    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

i0e aBG]I
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。

N>'|fNx]
    ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 *>f-UNV
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 KD)+&69
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 (XJ0?;js=
    APS -10 I]OVzM
    UNITS MM =Zc Vywz;+
    OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 ~[d|:]
    0 AIR \4r?=5v*
    0 CV 1.0000000000000E-09 AIR /vG)n9Rc
    1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 XP'7+/A
    1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 9Di@r!Db
    1 CTE 0.630000E-05 j,BiWgj$8
    1 GTB O 'S-LAH59 ' bcCCvV}6WZ
    2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR PK7 kpC
    3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 WPzq?yK
    3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 HLml:B[F(
    3 CTE 0.620000E-05 (hv>vfY@
    3 GTB O 'S-LAH55V ' 9X6l`bo'
    4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR Wu9))Ir
    5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 l{b*YUsz>
    5 CC 100.00000000 5$C]$o}
    7 5,n{-V
    5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 jaq`A'o5
    5 CTE 0.630000E-04 V=LJ_T"z0
    5 GTB U 'OKP4RX50 ' n'-?CMH`
    5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 +bv-!rf
    5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 y@?t[A#v
    5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 d#*n@@V4
    5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 \L@DDK|"`6
    5 PLASTIC a6&+>\o
    6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR DD]e0 pa
    6 CC -4.75816695 *MBu5 +u%e
    6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 C0bOPn
    6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 w2/3\3p
    6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 5/>W(,5}
    6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ~-.^eT kP
    7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 ; OpN&q+
    7 CC -100.00000000 LAT%k2%Wx
    7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 @&G< Np`
    7 CTE 0.630000E-04 ZXR#t?D
    7 GTB U 'OKP4RX50 ' F3L'f2yBG
    7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5sc`L
    7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ].C4RH
    7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 h*JzJ0X
    7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Q-:IE T
    7 PLASTIC ub* j&L=
    8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR s/"?P/R
    8 CC -0.58536337 |d B`URP
    8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 D<35FD,
    8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 XW*,Lo5>H\
    8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 J0eJRs
    8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 P}kp_l27
    9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 U=a'(fX
    9 CC -3.39966178 ic4mD:-up
    9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 s^n}m#T
    9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 0;bi*2U
    9 CTE 0.900000E-04 And|T 6u
    9 GTB U 'ZEON330R ' |Qe#[Q7
    9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 =h<LlI^v
    9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ?pAO?5Z:}
    9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Z.]=u(=a
    9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 wCwJ#-z.=
    9 PLASTIC @@O=a
    10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR ^^-uq)A
    10 CC -4.25736209 W=9Zl(2C
    10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 d Xiv8B1
    10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 %bp8VR sY
    10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Hik :Sqpox
    10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 E_[)z%&n2
    11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 *nPB+@f
    11 CC 1.69037601 A* =r~T5B
    11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 S-8wL%r
    11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 }c"1;C&{
    11 CTE 0.900000E-04 (np %urx!
    11 GTB U 'ZEON330R ' FccT@,.F
    11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 @vC7j>*4B
    11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 U60jkzIRH
    11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 b"t<B2N
    11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 FHu -';
    11 PLASTIC 0(Hhb#WDh\
    12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR R>ak 3Y
    12 CC -0.19799751 uP:Y[$O
    12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 (61_=,jv\h
    12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0x-58i0
    12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Zy>iaG9}
    12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 U%7| iK
    13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 yJheni
    13 CC -0.64163783 } +@H&}u
    13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 PyS~2)=B
    8 epWO}@ b a
    13 CTE 0.630000E-04 '>}dqp{Wr
    13 GTB U 'OKP4RX50 ' 33{(IzL0
    13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 !IZbMn6
    13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ^+ hJ& 9W
    13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Ls<.&3X2
    13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 RW!_ZzZ
    13 PLASTIC $ON4nx
    14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR qm.30 2
    14 CC -0.05459002 5i+0GN3nd
    14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 hU}!:6G%[P
    14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 `ehZ(H}
    14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 b;N[_2
    14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ]<pnHh+2A
    15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR q*Hf%I"
    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！

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