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optics1210 2018-08-20 15:26

SYNOPSYS 光学设计软件课程五:改进另一个程序设计的透镜

Ah-8"`E  
}W$8M>l  
在本课中,我们将应用一些最新的工具,来判定透镜的性能是否可以进一步提高。 gN?0m4[$i  
这是初始结构,包含三个视场点的MTF曲线。 (输入MMF,选择多色选项,然后单击执行。)(下图中开关85打开后,显示红色的红外波长。)

d$K=c1  
RLE wcZbmJ:  
    ID EXAMPLE LENS    53 I!0JG`&  
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 p1D()-  
    CORDER    1    3    2 O)uOUB  
    APS                -11 :uo[&&c  
    TEMPERATURE        30.00000 , /&Z3e  
    WAP                3 ?; [ T  
    GTZ s~J=<)T*6  
    UNITS MM h4(JUio  
    OBB     0.000000  15.20000  6.24500  -13.54114  0.00000  0.00000 :a.0he s  
    6.24500 Ky kSFB  
7^MX l  
        0    AIR VD$ Eb  
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 Vl<9=f7[  
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 RN[]Jt#6  
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 \jyjQ,v)  
        1    CTE    0.500000E-06 B3mS]  
        1    GTB U    'FUSILICA    ' 3]/.\(2  
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR ; 0ko@ \Lq  
        3    RAD    31.3000000000000    TH    9.80000000 =&7@<vBpy  
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 \"x>JW4w  
        3    CTE    0.806000E-05 x=]S.XI  
        3    GTB S    'N-LAF2    ' A59gIp*>  
        4    RAD    111.9000000000000    TH    1.50000000 AIR !>n|c$=;qk  
        5    RAD    28.2100000000000    TH    4.00000000 \}JrFc%O  
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 ]JjK#eh  
        5 CTE    0.710000E-05 -7%X]  
        5 GTB S    'N-BK7    ' |]W2EV ,b  
        6    RAD    14.2600000000000    TH    8.50000000    AIR }ptMjT{9  
        7    RAD    -46.1600000000000    TH    3.40000000 VFj(M j`}G  
        7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 J8<J8x4  
        7 CTE    0.710000E-05 DM),|Nq"  
        7 GTB S    'N-BK7    ' {%b }Z2  
        8 RAD    19.3000000000000    TH    3.00000000 AIR Hi7y(h?wj  
        9 RAD    28.1400000000000    TH    4.80000000 C\Vg{&'  
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 6|!NLwa  
        9 CTE    0.710000E-05 p|qyTeg  
        9 GTB S    'N-BK7    ' dMvp&M\\'  
        10 RAD    -47.0000000000000    TH    1.00000000 AIR &yIGr` ;  
        11 CAO    4.90993000    0.00000000    0.00000000 g97]Y1g  
        11 CV    0.0000000000000    TH    13.20000000 AIR T3N"CUk  
        12 RAD    -24.2000000000000    TH    3.20000000 8W+5)m.tp  
        12 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 #NNewzC<*  
        12 CTE    0.846000E-05 mR+Jws'  
        12 GTB S    'N-SF57    ' 9(,@aZ  
        13    RAD    150.0000000000000    TH    1.20000000    AIR w? LrJ37u  
        14    RAD    269.0000000000000    TH    10.00000000 /ty?<24ko  
        14    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 =X(%Svnp  
        14    CTE    0.710000E-05 ".U^if F  
        14    GTB S    'N-BK7    ' x83a!9  
        15    RAD    -22.6200000000000    TH    1.00000000    AIR OH6^GPF6  
        16    RAD    -1000.0000000000000    TH    6.70000000 ~/-eyxLTm  
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 L{8;Ud_2r  
        16    CTE    0.806000E-05 p &(OZJT  
        16    GTB S    'N-LAF2    ' |L::bx(  
        17    RAD    -48.1100000000000    TH    1.00000000    AIR SVWIEH0?  
        18    RAD    70.1900000000000    TH    6.20000000 bw4oLu?  
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 xT*d/Oaw  
        18    CTE    0.806000E-05 86qI   
        18    GTB S    'N-LAF2    ' UMMB0(0D  
        19    RAD    -725.0000000000000    TH    2.00000000    AIR 'g)n1 {  
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 CN&  
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 "Fnq>iR-  
        20    CTE    0.710000E-05 $ uh z  
        20    GTB S    'N-BK7    ' D'_Bz8H!p  
        21    CV    0.0000000000000    TH    36.90500000 AIR <l,o&p,>|c  
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR +wO#'D  
    END
`BY&>WY[  
T:iP="?{  
该透镜在近红外光工作,工作数 F / 3.5,且是远心的,具有低畸变,受衍射限制。 初步评价,这种设计并不差,只有不到1/4波长的像差。 r8/l P}(F  
视场上的最大畸变刚刚超过½微米,远心距离的最大偏差约为0.01弧度。 性能还不错- 但如果我们能够进一步提高它的性能,这将为我们提供更多的公差余地。 kH948<fk3  
这是我们的优化MACro:
M+P$/Wk  
    CHG `>lzlEhKV  
    WAP 1                            ! keep entering beam diameter constant over field BiwieF4x  
    19 UMC -0.14286                    ! maintain F/number !>$4]FkV  
    CFREE                            ! remove the clear aperture at the stop END 5|8^9Oe5  
s!+ pL|  
    PANT e Y$qV}  
    VY 0 YP1                        ! let the program find the best stop location h9s >LY  
    VLIST RAD ALL                    ! all radii will change except 19 and the flat windows GqKsK r2%  
    VLIST TH ALL EXCEPT 1 LB2        ! and all thicknesses except 1 and 20 !Ng=Yk>3  
    END /t%u"dP"T~  
OE`X<h4r  
    AANT #*%q'gyHT  
    AEC                                ! monitor feathered edges Nw_@A8-r  
    ACC                                ! and keep thicknesses less than 25.4 mm OO) ~HV4\  
    M 89.6 1 A TOTL                    ! keep total lens length constant $md%x mQ[  
    M 0 50 A GIHT                    ! control distortion at full field S P YA 1 *Zk>2<^R  
K2)!h.W  
    M 0 50 A GIHT                    ! and at half field DIV CONST 2 ,:Z^$  
d3Mva,bw<  
    S P YA .5 XOP"Px@  
4u;9J*r4  
    M 0 20 A P HH .7                ! control telecentricity at 0.7 field -Z-f1.Dm5  
YZf6|  
    GSO 0 0.1 5 M 0                    ! correct OPDs of ray grids at three fields GNO 0 0.05 4 M .7 )!bUR\  
    GNO 0 0.05 4 M 1 END ZP\M9Ja  
friWW ^  
    SNAP                            ! get snapshot every iteration s ^Nw%KAv  
    SYNO 30                            ! optimize for 30 cycles.
;|T!#@j  
;bzX% f?|G  
(创建这组光线网格像差的最简单方法是使用MACro编辑器中的Ready Made Raysets按钮。在这种情况下,我们选择了第8组,它创建了横向目标和OPD目标,然后选择删除横向目标 并且在全视场增加OPD目标的权重.Bare-bones Rayset对话框也可以这样做,然后有更多选项。) BaI $S>/Q  
我们进行优化,然后运行模拟退火几个周期。 透镜有所改善。
ZUm?*.g\^  
现在让我们使用一些强大的工具。 首先,我们运行自动元件删除功能。 这会找到可以移除的元件,而对评价函数的性能降低最小。 为此,我们只需添加该行命令
G3P &{.v  
   AED 3 Q 3 19    ! find which element to delete between surfaces 3 and 19.
c_grPk2O4  
> et-{(G  
将该命令加到PANT命令之前,然后重新优化。 该程序显示可以移除表面14处的镜片。 我们允许它删除该元件,然后对其进行优化和模拟退火(在注释掉AED行之后,我们不会删除另一个元件或删除顶部的CHG文件)。
CqMhk  
正如预期的那样,透镜性能有所下降,但仍然不错。 现在我们将使用元件自动插入功能,以查看透镜是否会恢复到以前的镜片数,结果是否比起始透镜更好? zET^T5>:  
为此,我们将AED线更改为
{P%9  
    AEI 3 3 17 0    ! insert one element between surfaces 3 and 17.
H9XvO  
_9 .(a  
并再次运行MACro。 (如果您有多核电脑,则在MACro的顶部还应添加以下命令,其中nb是核心数。 这将以更快的速度运行AEI。)
hg.#DxRi{  
    CORE nb
S^@S%Eg  
Dr&('RZ4  
在MACro的顶部,其中nb是核心数。 这将以更快的速度运行AEI。) f 3V Dv9(  
程序在表面12之前插入了一个元件。我们添加一个新变量
 .~A*=  
    VY 12 GLM
Ks^6.)  
tsOrt3   
到PANT文件,所以新元件上的玻璃模型可以变化,注释掉AEI命令行,重新优化并模拟退火。
jdZ~z#`(!:  
该程序已将透镜内的孔径位置移动到9.如果透镜有固定孔径,我们可以在该元件上切一个凹槽,并获得极好的性能 - 但如果没有,我们会为表面11分配一个真正的孔径,移除 YP1的变量,并再次重新优化。我们得到如下透镜:
w27KI]%(  
    RLE 6k{2 +P  
    ID EXAMPLE LENS                                141 H={DB  
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 V]OmfPve  
i$G;f^Z!Y  
    CORDER    1    3    2 )~4II.`%^  
    APS                -11 O4\Z!R60g  
    TEMPERATURE        30.00000 K5ZC:Ks  
    WAP                 1 `pf4X/Py  
    GTZ kE>0M9EdH  
    UNITS MM ,[S+T.Cu  
    OBB    0.000000      15.20000    6.24500       -11.63722       0.00000     0.00000 sIG7S"k>p  
    6.24500 ? &G`{Ey  
        0    AIR qf@q]wtar  
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 H&1[n U{?>  
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 OMhef,,H  
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 M#"524Nz  
        1    CTE    0.500000E-06 fH`P[^N  
        1    GTB U    'FUSILICA    ' OaJB=J%  
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR h5%<+D<  
        3    RAD    31.7420365099046    TH    4.89311077 mpAR7AG6  
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 \P} p5k[  
        3    CTE    0.806000E-05 <DKS+R  
        3    GTB S    'N-LAF2    ' 6:GTD$Uz.  
        4    RAD    205.8474850968830    TH    6.35592001 AIR f.aSKQD  
        5    RAD    31.8551157618315    TH    1.39568729 #_lt~^ 6  
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 N8qDdr9p?c  
        5    CTE    0.710000E-05 bwVPtu`  
        5    GTB S    'N-BK7    ' =PRx?q`d  
        6    RAD    12.9057883346246    TH    7.19477052 AIR T2}FYVj?!g  
        7    RAD    -23.8475364230033    TH    1.00000000 /27JevE  
        7    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 s2?T5oWU  
        7    CTE    0.710000E-05 V/ cP4{L  
        7    GTB S    'N-BK7    ' `U+l?S^$  
        8    RAD    18.0286949741191    TH    1.24241640 AIR p raaY}}  
        9    RAD    21.7606620988429    TH    11.21030691 ju}fL<<e  
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 #-pc}Y|<  
        9 CTE    0.710000E-05 CTWn2tpW  
        9 GTB S    'N-BK7    ' /9o!*K  
        10    RAD    -27.0144706600627    TH    1.00000000 AIR FX9F"42@  
        11    CV    0.0000000000000    TH    15.36917292 AIR q@b|F-  
        12    RAD    -221.0555600124851    TH    3.83402160 Fk(JSiU  
        12    GLM    1.73264979        52.69907560 `cPywn@uGZ  
        13    RAD    -18.9307423606996    TH    1.00000000 AIR RoCfJ65  
        14    RAD    -18.3189387535143    TH    1.00000790 hN['7:bQ  
        14    N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3    1.83114590 R'kyrEO  
        14    CTE    0.846000E-05 * ),8PoT  
        14    GTB S    'N-SF57    ' "ZTTg>r  
        15    RAD    77.6676600402005    TH    8.59463594    AIR 66^ycZCH  
        16    RAD    -98.5742040515266    TH    3.91807638 UzXE_ S  
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 ;'81jbh  
        16    CTE    0.806000E-05 h~C.VJWl  
        16    GTB S    'N-LAF2    ' +C1QY'>I  
        17    RAD    -31.6148606190401    TH    5.55657931    AIR LL|7rS|o  
        18    RAD    90.9510179315515    TH    5.93527419 PW3GL3+  
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 dw.F5?j`b  
        18    CTE    0.806000E-05 >A0k 8T  
        18    GTB S    'N-LAF2    ' JG9`h#  
        19    RAD    -60.9109375555036    TH    1.00003786    AIR F4<O2!V  
        19    CV    -0.01641741 A AHt218  
        19    UMC    -0.14286000 *3T| M@Y  
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 Lm@vXgMD  
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 o)OUWGjb/K  
        20    CTE    0.710000E-05 GTHkY*  
        20    GTB S    'N-BK7    ' F)z;Z6{t4  
        21    RAD -1.1487695061324E+17    TH    43.52197472    AIR ^(* n]  
        21    CV    -8.70496644E-18 qc#)!   
        21    UMC    -0.14286000 iCHt1VV]  
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR +7t6k7]c  
    END
N}\[Gr  
:ss,Hl  
该程序在表面14处移除了原始透镜元件,并在12处更换了新镜片。最大畸变现在约为1/4微米(是原来的一半)。 然后,我们在表面12处用玻璃模型替换了表面3上使用的玻璃,并重新优化,几乎没有性能损失。 (当您自己学习这些课程时,由于退火阶段的随机性,您可能会得到略微不同的结果。)

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