SYNOPSYS 光學設計軟體課程四十一：設計一個超廣角的鏡頭
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，但通常無法優化此類系統。 所以你會怎麼做？
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，然後從那裡出發，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。 我們將製作塑料材料製作透鏡，這可以是非球面的。 首先，我們必須創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，並指定用於廣角的物體類型OBD，並在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，然後，使用WorkSheet?滑塊，給出元件一些反向的光焦度，並將它們向右彎曲。 當看起來效果很好時，我們增加OBD視場角，以這種方式繼續，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的後焦距，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求解並在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），則將該權重應用於目標。 第三種方法是請求精確值，在這種情況下使用BACK 10 SET。 現在，程序將簡單地將後焦距設置為輸入值，在這種情況下為10，並且不會添加YMT求解。 對於困難的設計，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，對於像這樣的大角度，可以在全視場獲得掠入射射線，由於塗層問題，這是不切實際的。
請注意，在這種情況下我們不使用QUICK選項。 對於更簡單的工作來說，這是一個強大的工具，但這個工作並不那麼簡單，我們需要在每個候選系統上進行全面優化。 我們在上面注釋了這一點，強調了這一點。
最後一點：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，並且得到的曲率可能非常大以至於沒有光線通過。 同樣，對於像這樣的困難設計，我們必須引導一些事情。 通過在FNUM線上添加權重，程序將最後一個面的曲率視為變數，並控制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。 大約兩分鐘後我們看到了結果：
DSEARCH繪製了它發現的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為我們製作的MACro優化，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
，然後觀察到靠近曲面10的不明顯的光闌在所有視場中都沒有很好地填充。在這個廣泛的區域和近軸光瞳的系統中你能期望什麼？我們必須控制它
APS -10
由於我們改變了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裡。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。然後我們從PANT文件中刪除變數VY 0 YP1，優化並退火。
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，然後單擊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後五個透鏡的玻璃材料。
我們差不多完成了。 我們將繼續優化鏡頭，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行並用VLIST GLM ALL替換它們
這隻會改變第一和第二元件的當前玻璃模型的材料。 再次優化和退火。
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。
我們做得怎麼樣？ 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」，然後單擊「執行」。 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。
對於那些可能想要進一步評估此鏡頭的人，RLE文件如下。 您可以複製這些行並將其粘貼到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
讓我補充一些智慧的話。 這種設計很棘手，如果你是SYNOPSYS的新用戶，並且事情進展並不順利，你將不知道該怎麼做。 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效。 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的，並且利用這種大角度光線和冪級數非球面鏡，很容易進入沒有解決方案的局面。 所有這些都可以通過使用暗瞳來避免直到設計形狀良好。
最後，不要猶豫，除了DSEARCH返回的頂級鏡頭之外，還要做更多的調查。最上面的那個，在這個例子中，被證明是最好的，但這並不是一直發生的。這就是為什麼DSEARCH返回的不僅僅是一個鏡頭。
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