[原創(chuàng)]設計一個超廣角的鏡頭:SYNOPSYS 光學設計軟件 [復制鏈接]

我們經常被問及使用DSEARCH™設計廣角鏡頭。 如果在DSEARCH文件的SYSTEM部分中輸入廣角的規(guī)格，則很可能沒有任何候設計可以工作，原因很簡單，沒有光通過。 DSEARCH可以糾正某些光線故障，但通常無法優(yōu)化此類系統(tǒng)。 所以你會怎么做？

在這種情況下，有一個相當簡單的方法可以很好地起作用:粗略地畫出一個簡單的前端，將光束轉換成一個角度較小的光束，然后從那里出發(fā)，用USE CURRENT聲明該部分。這是一個例子:

我們想要一個半場角為92.4度的鏡頭， F / 2.0。 我們將制作塑料材料制作透鏡，這可以是非球面的。 首先，我們必須創(chuàng)建一個可追蹤的前端。

我們進入一個帶有兩個鏡頭的簡單系統(tǒng)，并指定用于廣角的物體類型OBD，并在5上聲明一個近軸光闌。我們從一個中等角度開始，比如50度，然后，使用WorkSheet™滑塊，給出元件一些反向的光焦度，并將它們向右彎曲。 當看起來效果很好時，我們增加OBD視場角，以這種方式繼續(xù)，直到我們達到所需的92.4度角。 這是前端：

    RLE

    ID WIDE-ANGLE DESEARCH

    WAVL .6562700 .5875600 .4861300

     APS               5

     UNITS MM

     OBD  1.00000E+09   92.4 0.2887  -11.0345861 0 0 0.2887

       0 AIR

    0    CV  1.0000000000000E-09 AIR

    1    CV      0.0356159993000   TH      2.50000000

    1    GLM      1.50000000             55.00000000

    2    CV      0.1318873610000   TH      2.99808431 AIR

    3    CV      0.1145140002814   TH      1.00000000

    3    GLM      1.50000000             55.00000000

    4    CV      0.4600712360000   TH      4.00383115 AIR    5 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR

    END

我們的92.4度進入光束以合理的角度射出。 現在我們可以創(chuàng)建DSEARCH輸入MACro。

    CORE 16

    DSEARCH 2 QUIET

    USE CURRENT 5 ALL

    GOALS

    ELEMENTS 5

    FNUM 2 1

    BACK 10 SET

    STOP MIDDLE

    STOP FREE

    ASPH Q

    ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

    FOV .2 .4 .6 .8 1

    DELAY OFF

    NGRID 6

    SNAP 10

    PLASTIC 5 7 9 11 13

    !QUICK 30 40

    ANNEAL 50 10 Q

    NPASS 50

    END

    SPECIAL AANT

    ACC 10 1 1

    ACA 70 1 10

    LUL 90 .1 1 A TOTL

    END

    GO

在此文件中，我們指定了10 mm的后焦距，使用SET指令修復。 DSEARCH允許您以三種方式控制該距離：如果您只是給出一個距離，例如BACK 10，程序會在末尾添加YMT求解并在AANT文件中包含一個目標來控制結果值。 如果添加權重因子（例如BACK 10 100），則將該權重應用于目標。 第三種方法是請求精確值，在這種情況下使用BACK 10 SET。 現在，程序將簡單地將后焦距設置為輸入值，在這種情況下為10，并且不會添加YMT求解。 對于困難的設計，這通常是一個很好的選擇，特別是當其他選項返回帶有虛擬圖像的系統(tǒng)時。

我們要求最大元件厚度為10毫米，總長度上限為90毫米，以保持合理。 此外，我們將光線截距角限制在不超過70度。 否則，對于像這樣的大角度，可以在全視場獲得掠入射射線，由于涂層問題，這是不切實際的。

請注意，在這種情況下我們不使用QUICK選項。 對于更簡單的工作來說，這是一個強大的工具，但這個工作并不那么簡單，我們需要在每個候選系統(tǒng)上進行全面優(yōu)化。 我們在上面注釋了這一點，強調了這一點。

最后一點：我們在上面的輸入中給出了FNUM請求的權重。 如果我們不這樣做，程序將通過UMC求解來控制F /number，并且得到的曲率可能非常大以至于沒有光線通過。 同樣，對于像這樣的困難設計，我們必須引導一些事情。 通過在FNUM線上添加權重，程序將最后一個面的曲率視為變量，并控制AANT文件中的F /number，而不是曲率求解。

好的，我們的輸入已準備就緒，因此我們運行此DSEARCH文件。 大約兩分鐘后我們看到了結果：

DSEARCH繪制了它發(fā)現的10種最佳設計，其中大多數實際上非常好。

好的，我們正在順利進行，但我們需要在某種程度上改進設計。 我們運行DSEARCH為我們制作的MACro優(yōu)化，鏡頭變化很小。

現在我們必須檢查視場的質量。 在PAD中，我們單擊PAD工具欄中的“掃描”按鈕 ，然后觀察到靠近曲面10的不明顯的光闌在所有視場中都沒有很好地填充。在這個廣泛的區(qū)域和近軸光瞳的系統(tǒng)中你能期望什么？我們必須控制它

    APS -10

由于我們改變了YP0的數量，目前鏡頭只有一個不明顯的光瞳。這使我們接近光闌真正的結果，但是現在我們必須把它放在那里。在WS編輯窗格中，我們輸入APS -10 來在表面10上放置一個真正的光闌。然后我們從PANT文件中刪除變量VY 0 YP1，優(yōu)化并退火。

這是一個非常有前途的設計，所以讓我們替換成真實的材料。 打開MRG對話框，選擇U目錄（僅匹配塑料透鏡），QUIET，SORT，然后單擊OK。 鏡頭材料現在是真正的塑料材料。

圖5.帶是真正塑料材料的鏡頭取代了最后五個透鏡的玻璃材料。

我們差不多完成了。 我們將繼續(xù)優(yōu)化鏡頭，我們不希望我們的塑料材料被更換成其它的玻璃材料，因此我們從PANT文件中刪除所有VY sn GLM行并用VLIST GLM ALL替換它們

這只會改變第一和第二元件的當前玻璃模型的材料。 再次優(yōu)化和退火。

現在我們再次運行MRG，這次選擇Ohara目錄。 該程序現在匹配前兩個元件，即玻璃，而不是塑料。 設計回歸與以前一樣好，如圖6所示。（L41L1）

圖6所示.所有真實材料的鏡頭。

我們做得怎么樣？ 讓我們來看看視場上的衍射圖案。 轉到MPF對話框，選擇“顯示可視外觀”，然后單擊“執(zhí)行”。 結果，在圖8中，在整個視場上幾乎是完美的。

圖8.場上的衍射PSF。

對于那些可能想要進一步評估此鏡頭的人，RLE文件如下。 您可以復制這些行并將其粘貼到EE編輯器中。

    ID WIDE-ANGLE DESEARCH 549

    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001111 15

    WAVL .6562700 .5875600 .4861300

    APS -10

    UNITS MM

    OBD 1.00000E+09 92.40000153 0.2887 -15.8713919 0 0 0.2887

    0 AIR

    0 CV 1.0000000000000E-09 AIR

    1 CV 0.0260937958778 TH 1.00000000

    1 N1 1.81072491 N2 1.81597447 N3 1.82822278

    1 CTE 0.630000E-05

    1 GTB O 'S-LAH59 '

    2 CV 0.1062185691313 TH 8.73634084 AIR

    3 CV -0.0381411162195 TH 5.91174196

    3 N1 1.82896003 N2 1.83478459 N3 1.84849295

    3 CTE 0.620000E-05

    3 GTB O 'S-LAH55V '

    4 CV 0.0660034452801 TH 16.85831989 AIR

    5 RAD -138.0968858112222 TH 4.37718093

    5 CC 100.00000000

    7

    5 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994

    5 CTE 0.630000E-04

    5 GTB U 'OKP4RX50 '

    5 DC1 0.00000000E+00 7.30200857E-05 1.48416975E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00

    5 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    5 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    5 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    5 PLASTIC

    6 RAD -21.0605738757054 TH 44.03095789 AIR

    6 CC -4.75816695

    6 DC1 0.00000000E+00-6.94211792E-06 3.43604999E-07 0.00000000E+00 0.00000000E+00

    6 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    6 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    6 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    7 RAD -111.0507956868741 TH 1.67384895

    7 CC -100.00000000

    7 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994

    7 CTE 0.630000E-04

    7 GTB U 'OKP4RX50 '

    7 DC1 0.00000000E+00-1.94604199E-03 5.49833735E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00

    7 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    7 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    7 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    7 PLASTIC

    8 RAD 6.7304260208507 TH 1.00000000 AIR

    8 CC -0.58536337

    8 DC1 0.00000000E+00-2.59873419E-03 9.92318034E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00

    8 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    8 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    8 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    9 RAD 9.7697110081571 TH 1.75562117

    9 CC -3.39966178

    9 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020

    9 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01

    9 CTE 0.900000E-04

    9 GTB U 'ZEON330R '

    9 DC1 0.00000000E+00-9.94688980E-04 1.07499451E-04 0.00000000E+00 0.00000000E+00

    9 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    9 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    9 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    9 PLASTIC

    10 RAD -8.8072667951121 TH 1.00000000 AIR

    10 CC -4.25736209

    10 DC1 0.00000000E+00 5.98624949E-04 5.28052568E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00

    10 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    10 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    10 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    11 RAD 23.2403610905735 TH 1.72858896

    11 CC 1.69037601

    11 N1 1.50724931 N2 1.50995136 N3 1.51625020

    11 DNDT -1.100E-04 -1.100E-04 -1.100E-04 4.30000E-01 5.80000E-01 7.80000E-01

    11 CTE 0.900000E-04

    11 GTB U 'ZEON330R '

    11 DC1 0.00000000E+00 2.10417649E-03-3.35758216E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00

    11 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    11 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    11 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    11 PLASTIC

    12 RAD -11.1049150737322 TH 1.00000000 AIR

    12 CC -0.19799751

    12 DC1 0.00000000E+00-2.14632707E-04 1.93285361E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00

    12 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    12 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    12 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    13 RAD -10.1118316301289 TH 1.00000000

    13 CC -0.64163783

    13 N1 1.64225416 N2 1.65063034 N3 1.67223994

    8

    13 CTE 0.630000E-04

    13 GTB U 'OKP4RX50 '

    13 DC1 0.00000000E+00-1.84686149E-03 6.79336881E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00

    13 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    13 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    13 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    13 PLASTIC

    14 RAD -9.0418834379157 TH 10.00000000 AIR

    14 CC -0.05459002

    14 DC1 0.00000000E+00-9.65748548E-04 5.96199181E-05 0.00000000E+00 0.00000000E+00

    14 DC2 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    14 DC3 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    14 DC4 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

    15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR

    END

讓我補充一些技巧性。 這種設計很棘手，如果你是SYNOPSYS的新用戶，并且事情進展并不順利，你將不知道該怎么做。 請注意，在本練習中我們沒有使用曲率或厚度求解，因為超廣角鏡頭的常見問題是試圖避免光線失敗。 雖然使用解決方案在數學上具有完美的意義，但它們可能會導致這種鏡頭出現這種問題。 此外，在設計基本完成之前，我們沒有使用真正的光瞳。 真實光瞳搜索是強大但不可靠，并且利用這種大角度光線和非球面系數，很容易進入無解。 所有這些都可以通過使用無瞳來避免直到設計形狀良好。

最后，除了DSEARCH返回的最佳鏡頭之外，還要做更多的調研，最上面的那個，在這個例子中，被證明是最好的，但這并不是一直都這樣。這就是為什么DSEARCH返回的不僅僅是一個鏡頭。