SYNOPSYS 光学设计软件课程四十一:设计一个超广角的镜头

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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。

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:

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。

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:

镜头文件:

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

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。

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。

请注意,在这种情况下我们不使用QUICK选项。

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。

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:

DSEARCH发现了10种最佳设计,其中大多数非常好。

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。

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9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

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

来在表面9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,修改DESEARCH_OPT中厚度变量声明为VLIST TH ALL,优化并模拟退火。

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。

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。

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

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。

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)

图6所示.所有真实材料的镜头。

让我们来看看视场上的衍射图像。转到MPF对话框,选择“视觉外观”,放大设置为5,然后单击“执行”。结果,在图8中,在整个视场上几乎是完美的。

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。

另一种广角镜头:

在本章的第一部分中,我们观察到,超过90度的输入角需要一个定制的前端,其目的是将主射线的角度减小到一个更易于管理的值,以便光线能够通过。但如果这个领域的角度小于90度,工作就简单多了。

点击打开C45M2,我们使用DSEARCH本身,没有添加前端,并指定广角校正参数(WAC)为50度,此镜头的最大视场角为86度而不是92.4度

本例中,搜索统计显示,待分析的128例中,共有59例由于ray失败而跳过。如果在不带WAC参数的情况下运行这个宏,程序将跳过128种情况中的125种。不要跳过用例总是一个好主意,因为有希望的配置可能会被错过。当你用DSEARCH搜索最佳镜头设计时,WAC参数是你可以尝试的另一个参数。

镜头仍然需要额外的工作,正如之前所做的,但重点是,有了这个稍微减少的视场角,工作更简单,不需要像我们上面做的那样对前端元素进行初步的计算。

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。

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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