SYNOPSYS 光学设计软件课程四十一：设计一个超广角的镜头
eA $9)K1GO
如何使用DSEARCH™设计广角镜头。 如果在DSEARCH文件的SYSTEM部分中输入广角的规格，则很可能没有任何可以实现的初始结构，原因很简单，光线无法通过。 DSEARCH可以纠正某些光线故障，但通常无法优化此类系统。 <@.f #
在这种情况下，有一个相当简单的方法可以很好地实现：首先画出一个前端，将光束转换成一个角度较小的光束，然后从那里开始，用USE CURRENT声明该部分。下面是一个例子： -d[9mS
我们想设计一个半视场角为92.4度的镜头， F / 2.0。 我们将使用塑胶制作非球面透镜。 首先，我们必须创建一个可追迹的前端。 LUna stA^
我们从一个含两个镜片组的简单系统开始，并指定用于广角的物体类型OBD，并在5上声明一个近轴光阑。我们从一个中等角度开始，比如50度，然后，使用WorkSheet™滑块，给元件一些负的光焦度，并将它们向右弯曲。 当看起来效果很好时，增加OBD视场角，以这种方式继续，直到我们达到所需的92.4度角。 这是前端部分：  vE;`y46&r
RLE .!\y<9
ID WIDE-ANGLE DESEARCH B%6>2S =E
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 &1ASWllD
APS 5 @C0{m7q
UNITS MM v :PNt#Ta
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 [( B A:x1
1u:OzyJy
0 AIR 'vgw>\X(
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR puG$\D-[
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 Q%o ]&Hdn
1 GLM 1.50000000 55.00000000 sEt5!&
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR F[ N{7C3
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 M}!7/8HUC
3 GLM 1.50000000 55.00000000 j/TsHJ=
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR _ M8 Q%
END Us+|L |/
E}-Y@( [
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。 >:4}OylhM
CORE 16 ld - c?
DSEARCH 2 QUIET bLUn>ch
USE CURRENT 5 ALL BT: =
l}j5E We
GOALS T;w%-k\<r
ELEMENTS 5 _}:9ic]e
FNUM 2 1 K||9m +
BACK 10 SET H2 5Mx>|d
STOP MIDDLE / *Z( ;-
STOP FREE z\*ii<- @
ASPH Q &~:b &
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ~=aD*v<3d
FOV .2 .4 .6 .8 1 K{B[(](
DELAY OFF poGF
NGRID 6 |Kky+*
SNAP 10 /Z';# G,z
PLASTIC 5 7 9 11 13 i64 a]=
!QUICK 30 40 5&D)W>{d
ANNEAL 50 10 Q ~'m
GGH2
NPASS 50 9eo$Duws
END ;g?oU "Y M
SPECIAL AANT r@5_LD@f
ACC 10 1 1 "
|[w.`
ACA 70 1 10 <]eWr:;
LUL 90 .1 1 A TOTL SL zL /5s
END biKom|<nm
}OZ%U2P U
GO kzny4v[y
@(Wx(3JR?}
在此案例中，我们使用SET指令指定10 mm的后焦距，。 DSEARCH允许您以三种方式控制该距离：如果您只是给出一个距离，例如BACK 10，程序会在末尾添加YMT求解并在AANT文件中包含一个目标来控制值。 如果添加权重因子（例如BACK 10 100），则将该权重应用于目标。 第三种方法是请求精确值，在这种情况下使用BACK 10 SET。 现在，程序将简单地将后焦距设置为输入值，在这种情况下为10，并且不会添加YMT求解。 对于较复杂的设计，这通常是一个很好的选择，特别是当其他选项返回带有虚像的系统时。 fNPHc_?Ybj
要求最大元件厚度为10毫米，总长度小于90毫米，以保持合理。 此外，我们将光线入射到透镜表面的夹角限制在70度内。 否则，对于像这样的大角度，可以在全视场获得掠入射光线，由于膜层问题，这是不切实际的。 R$X1Q/#md
请注意，在这种情况下我们不使用QUICK选项。 ~McmlJzJG
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。 |&eZ[Sy(=l
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： bq/ m?;
DSEARCH发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 mRZC98$ @r
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。 X|^E+
`M4
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 I:CnOpR>A
APS -10 lM`M70~
c"Kl@ [1\~
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。 }-?_c#G 3
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。 e`
Z;}&
,
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。 }u:@:}8K
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 j9)P3=s
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。 ,V'+16xW
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） fw$/@31AP?
图6所示.所有真实材料的镜头。 ,l^; ZE
让我们来看看视场上的衍射图像。 转到MPF对话框，选择“Show visual appearance ”，然后单击“Execute”。 结果，在图8中，在整个视场上几乎是完美的。 xy) Y)yp
图8.视场上的衍射PSF。 CG*eo!Nw
对于那些可能想要进一步评估此镜头的人，RLE文件如下。 您可以复制这些命令行并将其粘贴到EE编辑器中。 (JHzwI8+
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 23?\jw3w
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 eQ`TW'[9_6
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ^BIB'/Kh)
APS -10 9g3e( z@
UNITS MM XdE#l/#
OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 2 eo]D?}
0 AIR *yKw@@d+p
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR &
9}L +/,
1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 #Jp_y|
1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 OD7tM0Wn
1 CTE 0.630000E-05 Zz}Wg@&
1 GTB O 'S-LAH59 ' yqR2^wZ%r
2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR 4XpW#>
3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 C"}CD{<H]M
3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 !)gTS 5Rh:
3 CTE 0.620000E-05 gEcRJ1Q;C
3 GTB O 'S-LAH55V ' Xu\FcQ{
4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR 8oiO:lyLSt
5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 *"Yz"PK
5 CC 100.00000000 `>KB8SY:qK
7 cdiDfiE
5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 TbX#K:l
5 CTE 0.630000E-04 E0; }e
5 GTB U 'OKP4RX50 ' 2yZ/'}Mw
5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 Pu/X_D-#Gi
5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 g$ bbm}6S
5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 h 6J0b_3h4
5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Z Ea r~
5 PLASTIC D=Ia$O 0.
6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR ]."~ )
6 CC -4.75816695 :U;n?Zu
S
6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 DP{kin"4I
6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 4UwXrEQp
6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 zURxXo/\V
6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Xq:jp+WSG
7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 Il t!O^
7 CC -100.00000000 ,dn6z#pb+
7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 u&{}hv&FY
7 CTE 0.630000E-04 YZ >L\
7 GTB U 'OKP4RX50 ' p1 ~u5BE7O
7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 %]NaHf
7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 %c+`8 wj
7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 `;KU^dH
7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 -Pds7}F 8
7 PLASTIC .Uk e jx
8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR t6-He~
8 CC -0.58536337 !J#oN+AR
8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 9vIqGz-o
8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Pnf|9?~$H
8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ^3~+| A98M
8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Dxp8^VL
9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 f3 _-{<FZ
9 CC -3.39966178 X S:W{tL!
9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 n1
k2<BU4b
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Kf=6l#J7
9 CTE 0.900000E-04 ]x)^/ d
9 GTB U 'ZEON330R ' a ^:on?:9
9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 i;:gBNmo=
9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 nE"##2X
9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 iYbp ^iVg
9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 k55s-%Ayr
9 PLASTIC [/Q .MmnL
10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR Oz8"s4Y7
10 CC -4.25736209 BhAWIH8@C
10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 #fB&Hv #s7
10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 M1nH!A~o
10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 7kiZFHV
10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 9, A(|g
11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 7Iz%Jty
11 CC 1.69037601 1P8XVI'
11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 7TDt2:;]
11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 WG~|sLg
11 CTE 0.900000E-04 C8^h`B9z&I
11 GTB U 'ZEON330R ' %E<.\\^%
11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 1 co;U
11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Bh` Y ?S
11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 g5",jTn#
11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 =2Vs))>Y
11 PLASTIC fEv`iXZG
12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR s&Bk@a8
12 CC -0.19799751 , )& ansN
12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 WFr;z*
12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 X667*L^
12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 9F~e^v]zp
12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 #|9 2 +
13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 ;`")3~M3*
13 CC -0.64163783 o *]Tqx
13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 EN,PI~~F
8
L3N ?^^]
13 CTE 0.630000E-04 !xE /
13 GTB U 'OKP4RX50 ' n'?AZ4&z
13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 i`nmA-Zj[
13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 _DDknQP
13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 <w,NMu"
13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 95XQ?%
13 PLASTIC s0zN#'o]
14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR ?&gqGU}
14 CC -0.05459002 c VV @MC
14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 D PWt=IFU
14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 5SB!)F]
14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 &gxWdG}qx]
14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 4Eri]O Ri
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR S3?Bl'
END h]+UK14m
yjF ;%A/0
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。 MQ#nP_i
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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