SYNOPSYS 光学设计软件课程五：改进另一个程序设计的透镜

M;p q2$
E?m#S
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。 S)'q:`tZo
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。）

QnP?;
RLE owpJ7S1~
    ID EXAMPLE LENS    53 L1Cn
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 [^(R1K
    CORDER    1    3    2 k,NU,^ &
    APS                -11 bZOy~F|
    TEMPERATURE        30.00000 L$u&~"z-
    WAP                3 kkE)zF
    GTZ H`6Jq?\
    UNITS MM 8F\Msx
    OBB     0.000000  15.20000  6.24500  -13.54114  0.00000  0.00000 (fGJP*YO
    6.24500 Etr8lm E
HyX4ob[X
        0    AIR t!=~5YgKs
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 |7'yk__m
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 oIL+@}u7
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 v/TlXxfil
        1    CTE    0.500000E-06 n"d)
        1    GTB U    'FUSILICA    ' Lq $4.l[j
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR hA,rSq
        3    RAD    31.3000000000000    TH    9.80000000 u&d v[
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 jVFRqT%
        3    CTE    0.806000E-05 Pl5NHVr
        3    GTB S    'N-LAF2    ' x{`<);CQ
        4    RAD    111.9000000000000    TH    1.50000000 AIR d$pf[DJQo
        5    RAD    28.2100000000000    TH    4.00000000 fddbXs0Sn
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 UVBw;V
        5 CTE    0.710000E-05 a9EI7pnq
        5 GTB S    'N-BK7    ' Z=t#*"J
        6    RAD    14.2600000000000    TH    8.50000000    AIR :qSi>KCGh
        7    RAD    -46.1600000000000    TH    3.40000000 K9N0kBJ0<
        7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 MoR-8vnJ
        7 CTE    0.710000E-05 ~lalc ^
        7 GTB S    'N-BK7    ' l[\,*C
        8 RAD    19.3000000000000    TH    3.00000000 AIR > %cWTC
        9 RAD    28.1400000000000    TH    4.80000000 ]S2[eS
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 h,6S$,UI
        9 CTE    0.710000E-05 }Ka.bZS
        9 GTB S    'N-BK7    ' x<y[na
        10 RAD    -47.0000000000000    TH    1.00000000 AIR .6Lhy3x
        11 CAO    4.90993000    0.00000000    0.00000000 /'=^^%&:B
        11 CV    0.0000000000000    TH    13.20000000 AIR H.mQbD`X
        12 RAD    -24.2000000000000    TH    3.20000000 b;;Kxi:7$}
        12 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 ^xNe Eb
        12 CTE    0.846000E-05 ,N|R/Vk$+E
        12 GTB S    'N-SF57    ' |9"^s x
        13    RAD    150.0000000000000    TH    1.20000000    AIR K\E]X\:
        14    RAD    269.0000000000000    TH    10.00000000 H- qP>:
        14    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 HYYx*CJ)
        14    CTE    0.710000E-05 }}bi#G:R+
        14    GTB S    'N-BK7    ' aU8Ti8A>
        15    RAD    -22.6200000000000    TH    1.00000000    AIR "`gZy)E
        16    RAD    -1000.0000000000000    TH    6.70000000 U W)&Eky
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 nIKT w
        16    CTE    0.806000E-05 =qR7-Q8B
        16    GTB S    'N-LAF2    ' f{5|}PL
        17    RAD    -48.1100000000000    TH    1.00000000    AIR 2#A9D.- h
        18    RAD    70.1900000000000    TH    6.20000000 *9{Wn7pck/
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 VJtTbt;>
        18    CTE    0.806000E-05 TN@JPoH
        18    GTB S    'N-LAF2    ' oS|~\,p"
        19    RAD    -725.0000000000000    TH    2.00000000    AIR M j%|'dZz
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 QDT{Xg*I
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 \C2P{q/m
        20    CTE    0.710000E-05 x7kg_`\U
        20    GTB S    'N-BK7    ' /?-p^6U
        21    CV    0.0000000000000    TH    36.90500000 AIR hRZS6" #
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR FITaL@{c
    END

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。
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。
这是我们的优化MACro：

M9jo<+
    CHG s=Q*|
    WAP 1                            ! keep entering beam diameter constant over field +C;#Qf
    19 UMC -0.14286                    ! maintain F/number }'0Xz9/ l
    CFREE                            ! remove the clear aperture at the stop END Mciq9{8&
;Y&?ixx
    PANT [QN7+#K,
    VY 0 YP1                        ! let the program find the best stop location m+^;\DFJ,
    VLIST RAD ALL                    ! all radii will change except 19 and the flat windows k^\&.63(
    VLIST TH ALL EXCEPT 1 LB2        ! and all thicknesses except 1 and 20 $yqq.#1
    END QuRg(K%:
"LIii1]k
    AANT u0KZrz
    AEC                                ! monitor feathered edges <Jrb"H[T"
    ACC                                ! and keep thicknesses less than 25.4 mm gWH9=%!
    M 89.6 1 A TOTL                    ! keep total lens length constant Y@S6m@.$
    M 0 50 A GIHT                    ! control distortion at full field S P YA 1 n)!_HNc9
6$<o^Ha*R
    M 0 50 A GIHT                    ! and at half field DIV CONST 2 s1$#G!'
qFChZ+3>
    S P YA .5 T*~)9o
VEKITBs
    M 0 20 A P HH .7                ! control telecentricity at 0.7 field q/-j`'A_pb
w*P4_= :%Y
    GSO 0 0.1 5 M 0                    ! correct OPDs of ray grids at three fields GNO 0 0.05 4 M .7 gOmyFHv.
    GNO 0 0.05 4 M 1 END (KImqB$i.
`v2l1CQ:^
    SNAP                            ! get snapshot every iteration _W@Fk)E6N
    SYNO 30                            ! optimize for 30 cycles.

（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。）
我们进行优化，然后运行模拟退火几个周期。透镜有所改善。

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

KY&,(z
AED 3 Q 3 19 ! find which element to delete between surfaces 3 and 19.

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）。

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？
为此，我们将AED线更改为

}v,P3
AEI 3 3 17 0 ! insert one element between surfaces 3 and 17.

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。）

% peb{i
CORE nb

在MACro的顶部，其中nb是核心数。这将以更快的速度运行AEI。）
程序在表面12之前插入了一个元件。我们添加一个新变量

w=o m7%J@l
VY 12 GLM

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。

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：

Q&Ahr
    RLE >F_Ne)}qTQ
    ID EXAMPLE LENS                                141 lS-i9U/,>
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 "FvlZRfXj
tKGsrgoV
    CORDER    1    3    2 e-)1K
    APS                -11 iPpJ`i#@+
    TEMPERATURE        30.00000 =8_TOvSJ4p
    WAP                 1 `~TGVa`D
    GTZ v 8a
    UNITS MM TFPq(i
    OBB    0.000000      15.20000    6.24500       -11.63722       0.00000     0.00000 )p9n|C
    6.24500 08jQq#
        0    AIR 7N=VVD~!b
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 ZM`_P!G
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 &\[J
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 oe"ShhT
        1    CTE    0.500000E-06 gRI|rDC)B
        1    GTB U    'FUSILICA    ' g``4U3T%X
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR u5M{s;{11r
        3    RAD    31.7420365099046    TH    4.89311077 C YKGf1;If
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 (OJ9@_fgG[
        3    CTE    0.806000E-05 EA#!h'-s
        3    GTB S    'N-LAF2    ' ]+9:i!s
        4    RAD    205.8474850968830    TH    6.35592001 AIR Kp;o?5H
        5    RAD    31.8551157618315    TH    1.39568729 .6#2i <oPW
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 H/{3 i
        5    CTE    0.710000E-05 ?=rh=#
        5    GTB S    'N-BK7    ' TY?io@
        6    RAD    12.9057883346246    TH    7.19477052 AIR ka%pS
        7    RAD    -23.8475364230033    TH    1.00000000 0M-AIQ5
        7    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 O0YGjS|d
        7    CTE    0.710000E-05 x%&V!L
        7    GTB S    'N-BK7    ' hJNA%
        8    RAD    18.0286949741191    TH    1.24241640 AIR f|5|n>*
        9    RAD    21.7606620988429    TH    11.21030691 x#j_}L!V;
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 ,CF~UX% bU
        9 CTE    0.710000E-05 y&]D2"I
        9 GTB S    'N-BK7    ' q[K)bg{HB
        10    RAD    -27.0144706600627    TH    1.00000000 AIR (6'Hzl^Kp
        11    CV    0.0000000000000    TH    15.36917292 AIR ;\.&FMi
        12    RAD    -221.0555600124851    TH    3.83402160 *n5g";k|
        12    GLM    1.73264979        52.69907560 v*v&f!Ym&s
        13    RAD    -18.9307423606996    TH    1.00000000 AIR 6dMpd4"\
        14    RAD    -18.3189387535143    TH    1.00000790 &>{L"{
        14    N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3    1.83114590 HjD= .Q
        14    CTE    0.846000E-05 6}2Lt[>O
        14    GTB S    'N-SF57    ' 30"G%DFd
        15    RAD    77.6676600402005    TH    8.59463594    AIR 4HAfTQ 1G
        16    RAD    -98.5742040515266    TH    3.91807638 4+:u2&I
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 5GP'cE
        16    CTE    0.806000E-05 rtz(Jt{<
        16    GTB S    'N-LAF2    ' "p\KePc;@
        17    RAD    -31.6148606190401    TH    5.55657931    AIR u}_q'=<\
        18    RAD    90.9510179315515    TH    5.93527419 <o}t-Bgg
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 tnntHQ&b
        18    CTE    0.806000E-05 T^t`Hp
        18    GTB S    'N-LAF2    ' F!8425oAw
        19    RAD    -60.9109375555036    TH    1.00003786    AIR )DMbO"7
        19    CV    -0.01641741 (aLnbJeJ
        19    UMC    -0.14286000 YQJ_t@0C
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 FliN@RNo
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 **"sru;@=
        20    CTE    0.710000E-05 ;$]R#1i44
        20    GTB S    'N-BK7    ' o?=u#=
        21    RAD -1.1487695061324E+17    TH    43.52197472    AIR .w&Z=YM
        21    CV    -8.70496644E-18 HAXx`r<
        21    UMC    -0.14286000 e2v,#3Q\
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR K\PS$
    END

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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