SYNOPSYS 光学设计软件课程四十一：设计一个超广角的镜头
$(B|$e^:(
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。 "1|n]0BF
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： .1<QB{4~v
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。 F
\6-s`(
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：  & 7_xr.c7
RLE 2# LTd{
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 9`
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 Hy=';Ccn}
APS 5 !m8MyZ}%
UNITS MM )(yD"]co
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887 y "6;O 0
=p~k5k4
0 AIR 6D3hX>K4
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR mh&wvT<:{
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000 a!rU+ h iC
1 GLM 1.50000000 55.00000000 `&y Qtj#
'
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR K ",YAfJa
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000 4.Luy
3 GLM 1.50000000 55.00000000 B8A-|S!,U
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR 5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR A)6xEeyR
END :Z)a&A9v
Kv(2x3("
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。 7[=*#7}.
CORE 16 ]e`&py E
DSEARCH 2 QUIET SR)jJ =R3
USE CURRENT 5 ALL <% #Dwo}
<&JK5$l<X
GOALS z OwKh>]
ELEMENTS 5 I)7STzlMj.
FNUM 2 1 {jdtNtw
BACK 10 SET rywui10x*
STOP MIDDLE A#NJ8_
STOP FREE ][vm4U Y
ASPH Q ) 0NKL:u
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 24{ Tl
q3
FOV .2 .4 .6 .8 1 2S%[YR>>
DELAY OFF >S c)?[H
NGRID 6 K|^PHe
SNAP 10 vVvx g0
PLASTIC 5 7 9 11 13 G-7!|&
!QUICK 30 40 Qc4r?7S<
ANNEAL 50 10 Q ;I V
NPASS 50 jGm`Qg{<
END SXqWq
SPECIAL AANT P} "=67$
ACC 10 1 1
2fqg,_
ACA 70 1 10 #BPJRNXd
LUL 90 .1 1 A TOTL pg<m0g@W*;
END HpL COY1-
sF. oZ>
GO {"v~1W)
I:|< };m m
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。 3{:AG,G
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。 8-#_xsZ^;
请注意，在这种情况下我们不使用QUICK选项。 I1f4u6\*X
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。 qb$&BZj]|
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： z6'Cz}%EP'
DSEARCH发现了10种最佳设计，其中大多数非常好。 ;- 0
d 2Z
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。 q\DN8IJ
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 *r)/ Vx`S
APS -10 bm>N~DC
K UD.hK.
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。 Ppton+?(
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。 I3I1<}>]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。 og[cwa_
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 F o k %
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。 7y?aw`Sw:
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） d/&W[jJ
图6所示.所有真实材料的镜头。 N4HIQ\p
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。 Wg5<@=x!G
图8.视场上的衍射PSF。 ! V^wq]D2
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。 I%|,KWM
ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549 0-P,zkK_v
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15 !eu\ShI
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 &xWej2a!
APS -10 v ZiuElxKi
UNITS MM s' 4O] k`
OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887 OH
>#f6`[
0 AIR 5FJ(x:k?z
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR fEo5j`}
1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000 yR3pK
0Y(?
1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278 MD):g @
1 CTE 0.630000E-05 !qu/m B
1 GTB O 'S-LAH59 ' +^< s'
2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR { 1e W*9
3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196 <rihi:4K
3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295 %O|+` "
3 CTE 0.620000E-05 i7XM7 +}
3 GTB O 'S-LAH55V ' U-*`I?~=4
4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR 5i@WBa
5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093 h/oC9?v
5 CC 100.00000000 b!<\#[
A4
7 v]GQb
5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 #b
eLo J
5 CTE 0.630000E-04 OWys`2W
5 GTB U 'OKP4RX50 ' Et! 6i7`]
5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 |}o6N5)
5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Pi hpo
5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 } *jmW P
5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 4 KX\'K
5 PLASTIC (zX75QSKV
6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR 6b1AIs8
6 CC -4.75816695 b5S4C2Ynq
6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00 R=J5L36F
6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ]7{
e~U
6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 #9glGPR(
6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 +>ld
7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895 K=Z .<f
7 CC -100.00000000 /o^/ J~/3
7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 Aw] kQ\P&
7 CTE 0.630000E-04 1)#dg sa
7 GTB U 'OKP4RX50 ' }60/5HNr
7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 f+lPQIB
7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 ?[=OQ/E
7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 u[HamGxx$u
7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 w|1O-k`
7 PLASTIC 7NRm\%^q
8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR ]
T<#bNK\1
8 CC -0.58536337 mndKUI}d
8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 $H`{wJ?2(
8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 &^7(?C' u
8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 K: |-s4=
8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Gl%N}8Cim
9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117 d2?#&d'aq
9 CC -3.39966178 s o7.$]aV
9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 zHKx,]9b
9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 Qb5@e#
9 CTE 0.900000E-04 >9NC2%61S
9 GTB U 'ZEON330R ' F/cA tT.M?
9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00 :Y|[?;
9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 &3OV |ly]
9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 [a_o 3
9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 S%j W} v';
9 PLASTIC `n RF"T_
10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR )nGH$Mu
10 CC -4.25736209 v_Hy:O}R
10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 i<(~J4} b
10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 [tR b{JsUd
10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Q
ZC\%X8j
10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 I+,C iJ|4
11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896 WXY-]ir.
11 CC 1.69037601 uvAJJIae'
11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020 !4T!@"#
11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01 ?./%7v
11 CTE 0.900000E-04 fB 0X9iV6j
11 GTB U 'ZEON330R ' yJ="dEn>i"
11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 xf{ZwS%X
11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 +sV~#%%
11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 .Q^V,[on1T
11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 D"2bgw
11 PLASTIC T T no
12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR m Ga :~ x
12 CC -0.19799751 '
&3, qT
12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 tH~>uOZW
12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 M?AKJE j5
12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 Bg ] %
12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 gZ iwXb
13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000 da i+"
13 CC -0.64163783 fwiP3*j+Nn
13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994 n wMq~I*1
8 1:r#m- \
13 CTE 0.630000E-04 ddN G :
13 GTB U 'OKP4RX50 '
2C1NDrS;}
13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 vvu $8n
13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 |?]doBm|
13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 e0#t
13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 K9 ]zUe&#w
13 PLASTIC hzU(XW
14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR MMUlA $*t
14 CC -0.05459002 =ZO lE|4
14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00 ];jp)P2o
14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 CB
X}_]9X
14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 eco&!R[G
14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 &r,)4q+
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR 0m=57c$O
END N:okt)q:%
+xgP&nw[-
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。 Ni%@b U $
除了DSEARCH返回的最佳镜头之外，您还可以尝试其他方案。
|
