设计一个超广角的镜头:SYNOPSYS 光学设计软件
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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？ )< G(C,!,.
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: Y&O2;q/B
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。 4{zy)GE| W
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：  #Iz)Mu
RLE b}0h ()v
ID WIDE-ANGLE DESEARCH HBE[ q#
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 \'j(@b,
APS 5 _(h= @cv
UNITS MM z6E =%-`
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 U0j>u*yE
0 N>K4ho6{
0 AIR Vl5>o$G|<.
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR Y #68_%[
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 ={P`Tve
1 GLM 1.50000000 55.00000000 0!dNW,NfJ
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR L@(. i
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 Zh fg
3 GLM 1.50000000 55.00000000 sS}: O d
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR .@OQ$ D <
END +X^GS^mz
96V8R<
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。 <>\|hno}
CORE 16 x0Loid\f
DSEARCH 2 QUIET JnBc@qnP6
USE CURRENT 5 ALL . i4aM;Qy
lgU!D |v
GOALS X<;.
ELEMENTS 5 f' t.?M
FNUM 2 1 ! s =$UC
BACK 10 SET 15j5F5P
STOP MIDDLE %BkE %ZcZ
STOP FREE X13+n2^8]
ASPH Q 6;'[v}O^^
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 6 J,h }S
FOV .2 .4 .6 .8 1 ,#ZPg_x?1
DELAY OFF ?tjEXg>ny
NGRID 6 H ;nzo3x
SNAP 10 :wIA.1bK}
PLASTIC 5 7 9 11 13 }/1^Lqfnz
!QUICK 30 40 .-rz30xT
ANNEAL 50 10 Q ,ZJ}X 9$<
NPASS 50 EZB0qZIp
END F-|DZ?)k5
SPECIAL AANT G=17]>U
ACC 10 1 1 *P*~CHx>
ACA 70 1 10 ]w6 F%d
LUL 90 .1 1 A TOTL .euA N8L
END K _VIk'RB
$mGz J4&
GO C<^i`[&P$
yg}O9!M J
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。 ^;PjO|mD
Z
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。 " C0[JdZ
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。 {"Sv~L|J;
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。 5\quh2Q_
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： I2 0~bW
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。 lot`6]
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。 j_90iP^5:
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 0<` qz |_h
APS -10 jV*10kM<
C%yH}T\s
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。 #( 614-r/
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。 <Y"RsW9
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。 kQ\ $0=6N9
我们差不多完成了。 我们将继续优化镜头，我们不希望我们的塑料材料被更换成其它的玻璃材料，因此我们从PANT文件中删除所有VY sn GLM行并用VLIST GLM ALL替换它们 cN&Eb n
这只会改变第一和第二元件的当前玻璃模型的材料。 再次优化和退火。 3 '.3RKV
现在我们再次运行MRG，这次选择Ohara目录。 该程序现在匹配前两个元件，即玻璃，而不是塑料。 设计回归与以前一样好，如图6所示。（L41L1） g]&fyB#
图6所示.所有真实材料的镜头。 3 twA5)v
我们做得怎么样？ 让我们来看看视场上的衍射图案。 转到MPF对话框，选择“显示可视外观”，然后单击“执行”。 结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 3\m !
图8.场上的衍射PSF。 ^x O](,H
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE文件如下。 您可以复制这些行并将其粘贴到EE编辑器中。 o
i'iZX
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 }>@SyE 'Q
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 Jp"29
)w
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 eWv:wNouk
APS -10 [ x{$f7CEh
UNITS MM =a,qRO
OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 n)5t!
0 AIR Cty{
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR o$L%t@
1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 WZ ? >F
1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 kBk>1jn"
1 CTE 0.630000E-05 Q9OCf"n $
1 GTB O 'S-LAH59 ' .S,E =
2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR 'M6+(`x
3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 }'wZ)N@
3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 I=&i &6v8G
3 CTE 0.620000E-05 IWv5UmjN
3 GTB O 'S-LAH55V ' }w4OCN\1
4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR ?QffSSj[s
5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 /A0_#g:2*#
5 CC 100.00000000 M2cG r
7 bh5D } w
5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 )e0kr4 6
5 CTE 0.630000E-04 9cB+ x`+Lu
5 GTB U 'OKP4RX50 ' [#Apd1S_
5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -51LF=(!L
5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 LI.WcI3uS
5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Vc5> I_
5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 6ZE`'p k<
5 PLASTIC JqO1 a?H
6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR n yPeN?-
6 CC -4.75816695 yOz6a :r
6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 d%k7n+ICQ4
6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 v *Gd=\88
6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Y910\h@V
6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 4#> Z.sf
7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 eef&ZL6g
7 CC -100.00000000 u_NLgM7*
7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 5B)&;[
7 CTE 0.630000E-04 2L N6pu
7 GTB U 'OKP4RX50 ' vW e g1
7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 X[ Ufq^fyA
7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 *y?6m,38V
7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ( gg )?
7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 g|uyQhsg
7 PLASTIC RN 4?]8
8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR _ab8z]H
8 CC -0.58536337 \k=dqWBr7
8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 bu6Sp3g
8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 mOj; 0 R
8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 )e5=<'f 1
8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 5QK%BiDlr
9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 o} QP+
9 CC -3.39966178 DqW y@7
a
9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 hO[_ _j8
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 '|=Pw
9 CTE 0.900000E-04 Ojz'p5d`>
9 GTB U 'ZEON330R ' <o|fH~? X
9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 '6vo#D9M
9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 uz+ WVmb
9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ^z!=,M<+{
9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ( U# ,;
9 PLASTIC .*YF{!R`h
10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR wG MhKZE
10 CC -4.25736209 #z >I =gl
10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 F8<G9#%s\
10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 k %gj
10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 h[qZM
10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ?=4oxPe
11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 &,<,!j)Jr
11 CC 1.69037601 IrZ\;!N K
11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 bv h#Q_
11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 o_Z9\'u
11 CTE 0.900000E-04 X<IW5*
11 GTB U 'ZEON330R ' }0\SNpVN
11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Kkovp^G
11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 9d|8c >
I
11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 eE'>kP}
11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ]QR]#[Tn'
11 PLASTIC AJ>E\DK0]
12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR
*~
I HVU
12 CC -0.19799751 VD& wO 'U
12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 UfPB-EFl$D
12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 @`
Pn<_L
12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 )jl@ hnA
12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ,w6?Ap
13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 j[i*;0) |
13 CC -0.64163783 Uv[a
~ '
13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994
y
_ap T<P
8 `q]' ^EzJ
13 CTE 0.630000E-04 1@{ov!YB]
13 GTB U 'OKP4RX50 ' 7r?,wM
13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 *LhwIY
13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 3<<wH K;)
13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 |DW^bv
13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 *JX$5bZsI
13 PLASTIC }iDRlE,
14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR Z?xaXFm_
14 CC -0.05459002 } 'xGip@W
14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 5 P<1I7d
14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 A@|Z^ T:
14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 9~j "6wS
14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 A4(L47^
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR l
opl
END $]#8D>E&
[dLc+h1{B
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。 t)8c rX}P
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。 !{V`N|0
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