SYNOPSYS 光学设计软件课程二十六：融会贯通
在本课中，我们将进行一项高难度的镜头设计任务，该任务将包含您在之前课程中学到的许多强大功能。
这种镜头须在0.38到0.9微米的波长范围内工作。此外，我们希望镜头光圈数F / 0.714。以下是要求：
1.光源在无穷远处，0.8度半视场，1.26毫米半孔径。 2.光谱范围0.38至0.9微米。 3.F/number 0.714 4.总长不超过45毫米。 5.良好的畸变校正。 6.像方远心。 7. 无薄边边缘，中心厚度不超过8毫米
这个任务可能需要10个镜片，但是我们想逐渐增加镜片。我们为DSEARCH设置了输入，要求提供8个镜片的透镜。这将为我们提供一些潜在的初始结构，一旦我们看到事情的进展，就可以根据需要增加复杂性。由于光谱范围很宽，我们选择指定五个波长而不是通常的三个波长，以避免中间波长的误差。
CORE 14
DSEARCH 3 QUIET
SYSTEM
ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS
UNI MM
OBB 0 0.8 1.26
WA1 0.9 0.77 0.64 0.51 0.38
CORDER 3 1 5
END
GOALS
ELEMENTS 8
FNUM 0.7143 100
BACK 0 0
TOTL 0 0
STOP FREE
COLORS M
RSTART 10
THSTART .25
ASTART 0.1
RT 0.7
OPD
QUICK 50 50
ANNEAL 200 20 Q
END
SPECIAL PANT
SLIMIT 100 0.1
END
SPECIAL AANT ! 设置特殊优化函数
AEC .1 1 .05 ! 边缘探测器
ACM .1 1 .05 ! 透镜最小厚度
ACC 8 1 0.5 ! 最大透镜TH
ACA 70 1 1 ! 避免临界角度折射
LUL 45 1 1 A TOTL ! 限制总长
A BACK
M 0.5 1 A BACK ! 想要0.5mm的图像间隙
M 0 1 A P YA 1 S GIHT ! 控制畸变
M 0 1 A P HH 1 ! 使其远离中心
END
GO
运行这个文件，在不到一分钟的时间内获得一个不错的起点。DSEARCH为我们创建了一个优化MACro，在运行它然后运行了几个周期后，我们得到了这个设计：
由于色差校正将是一个挑战，下一步是找到一些有可能制造“超消色差”的透镜。使用命令MGT打开玻璃库，选择Schott玻璃库，单击图形按钮，然后选择底部选项，以绘制P *与P **。需要三种玻璃在一条长线上。按住单击镜片P-SF68，它定义了线的底部，然后单击镜片N-PK52A，定义顶部。
看到玻璃N-F2吗?它在线的中心附近。这给了三种类型的玻璃，但是我们还不知道该给哪个透镜赋值。不要担心:GSEARCH可以告诉我们。
接下来创建两个文件。第一个是普通的优化文件。使用DSEARCH为我们很好地创建的MACro，删除GLM变量并请求40次运行。如果上述玻璃组合导致光线追迹失败，须要求优化程序运行自动光线故障修复程序。
PANT
SLIM 100 0.1
VY 0 YP1 ! 让程序找到最佳光阑位置
VLIST RD ALL
VLIST TH ALL
END
AANT P
M 0.140000E+01 0.100000E+03 A CONST 1.0 / DIV FNUM
GSR 0.500000 1.000000 4 M 0.000000
GNR 0.500000 1.000000 4 M 0.500000
GNR 0.500000 1.000000 4 M 1.000000
AEC .1 1 .05
ACM .1 1 .05
ACC 8 1 0.5
ACA 70 1
LUL 45 1 1 A TOTL
A BACK
M 0.5 1 A BACK
M 0 1 A P YA 1
S GIHT
M 0 1 A P HH 1
END
SNAP 10
SYNOPSYS 40 0 FIX 30
我们保存文件并命名为GSOPT.MAC，因此会产生第二个宏去驱使GSEARCH运行我们想要的结果。(L26M3)
GSEARCH 3 QUIET LOG
SURF
1 3 5 7 9 11 13 15
END
NAMES
S N-PK52A
S N-F2
S P-SF68
END
USE 3 ! 仅允许使用所有三种玻璃类型的情况
GO
然后我们运行这个文件。
我们得到的结果如下：
这已经接近要求 - 但让我们尝试其他的东西。超消色差的理论适用于薄透镜，并且这些薄透镜不是很薄。回到DSEARCH的结果，这一次要求GSEARCH从Schott目录中找到相应玻璃，与目前的玻璃相差不远。将GSEARCH MACro更改为：
GSEARCH 3 QUIET LOG
SURF
1 3 5 7 9 11 13 15
END
NEAREST 3 P
S
END
GO
然后再次运行它。结果更好，如下所示。
我们是否可以用更少的透镜来达到我们的目的?使用自动透镜删除功能很容易找到。在优化MACro的顶部添加一个新的命令行：
AED 3 QUIET 1 16
并再次运行它。程序检测到您可以删除透镜5。点击OK（删除该透镜），从MACro中删除AED行，然后重新优化并模拟退火。现在你得到了这个：
只需要七个镜片！让我们来看看MTF效果。
FCO 0
MFF
ICOL M
HBAR 0 .5 .75 1
GBAR 0
PLOT
在像质分析里面选择MTF（衍射） 多视场衍射MTF，颜色改为M，然后运行MMF
让我们看看后焦点位置与波长的函数。输入AI句子
我们完成了吗？让我们看看后焦点位置与波长的函数有多稳定。输入AI句子：PLOT BACK FOR WAVL = .38 TO .9
在这个宽谱范围内，近轴焦点位置仅变化约0.6 uM。是的，这是一个很好的镜头！在你真正制作镜头之前，请将光阑移动到表面5 - 但这对于本课来说已经足够了。您可以看到SYNOPSYS如何轻松应对这一具有挑战性的问题。
如果七个镜片的结果不够好怎么办？那么，您可以尝试自动透镜插入功能，添加该命令行
AEI 3 1 14 CONLY 100 1 10 50
到MACro的顶部。这将在所有当前镜头的每一侧依次添加胶合透镜，然后返回最佳效果的组合。使用这些工具，您可以选择其中一种方式 如果您还想尝试空气间隔，请将CONLY更改为CEMENT。然后他们也将进行测试。
如果我们在P * -P **图上选择不同的行，会发生什么？这会给我们三种不同的玻璃尝试。在尝试之前，你永远不会知道还有什么可能比这更好。
当你拥有如此多的强大工具时，探索其他组合很有趣并且往往是有益的。
如果你想了解我们优秀镜头的属性，这里是RLE文件：
RLE
ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS 50760
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001011101 93
FNAME 'DSEARCH07.RLE '
MERIT 0.252142E-03
LOG 50760
WA1 .9000000 .7700000 .6400000 .5100000 .3800000
CORDER 3 1 5 2 4
WT1 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000
APS 1 UNITS MM
OBB 0.000000 0.80000 1.26000 -0.14478 0.00000 0.00000 1.26000 0 AIR
1 RAD -12.3575888493127 TH 8.00349843
1 N1 1.70683888 N2 1.71075605 N3 1.71661866 N4 1.72704962 N5 1.75095371
1 CTE 0.568000E-05
1 GTB S 'N-LAK10 '
2 RAD 5.6036307276255 TH 0.42904026 AIR
3 RAD 8.4130780171013 TH 6.59790611
3 N1 1.73259261 N2 1.73873215 N3 1.74890937 N4 1.76882390 N5 1.82136771
3 CTE 0.800000E-05
3 GTB S 'SF4 '
4 RAD -9.1818032305934 TH 5.54967141 AIR
5 RAD -56.1367087651872 TH 8.00224863
5 N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514
5 GTB S 'N-LASF46B '
6 RAD 4.8482482223468 TH 0.10000000 AIR
7 RAD 4.3440291976542 TH 1.00000148
7 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013
7 CTE 0.130100E-04
7 GTB S 'N-PK52A '
8 RAD -5.7980974504808 TH 0.10000000 AIR
9 RAD 3.1580916229850 TH 1.00865373
9 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013 9 CTE 0.130100E-04
9 GTB S 'N-PK52A '
10 RAD -6.1466379437070 TH 0.12251679 AIR
11 RAD -5.2492188361156 TH 6.03606534
11 N1 1.88762683 N2 1.89708892 N3 1.91293610 N4 1.94491007 N5 2.03856725
11 CTE 0.590000E-05
11 GTB S 'N-SF66 '
12 RAD -7.8896787646760 TH 0.10004337 AIR
13 RAD 1.1618206771614 TH 1.00000000
13 N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514 13 GTB S 'N-LASF46B '
14 RAD 1.0699320226013 TH 0.49970566 AIR
14 TH 0.49970566
14 YMT 0.00000000
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR
END
你认为你可以通过不同的镜头设计程序快速找到这种设计吗？我们不这么认为。尝试一下，如果它成功的话，让我们知道它花了多长时间。
