SYNOPSYS 光学设计软件课程五：改进另一个程序设计的透镜
&$FvWFRh#
L z9#A.
在本课中，我们将应用一些最新的工具，来判定透镜的性能是否可以进一步提高。 l*aj#%ha
这是初始结构，包含三个视场点的MTF曲线。 （输入MMF，选择多色选项，然后单击执行。）（下图中开关85打开后，显示红色的红外波长。）  Nt`b;X&
RLE \p&~ , %
ID EXAMPLE LENS 53 >u +q1j.
WAVL .7150000 .7100000 .7050000 b }9[s
CORDER 1 3 2 vE, 37
APS -11 0 *%& >
TEMPERATURE 30.00000 eitu!=u
WAP 3 _ o6 G6e,
GTZ nt1CTWKM8^
UNITS MM *O$CaAr\s
OBB 0.000000 15.20000 6.24500 -13.54114 0.00000 0.00000 0 >Z ;Ni
6.24500 8^^[XbH
k8nLo.O
0 AIR . 9G<y 4
1 CV 0.0000000000000 TH 4.50000000 jn%kG ~]'Q
1 N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 E|EgB33S
1 DNDT 1.090E-05 9.960E-06 9.700E-06 3.65000E-01 H!IshZfktn
1 CTE 0.500000E-06 5A eQQU
1 GTB U 'FUSILICA ' sRHA."A!8
2 CV 0.0000000000000 TH 1.00000000 AIR 0'Z\O
3 RAD 31.3000000000000 TH 9.80000000 H[Q_hY[>V
3 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 7^TV~E#
3 CTE 0.806000E-05 EpPf _ \o
3 GTB S 'N-LAF2 ' `s#Hq\C
4 RAD 111.9000000000000 TH 1.50000000 AIR 's
x\P[a
5 RAD 28.2100000000000 TH 4.00000000 GyI-)Bl DC
5 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 0[A9b,MMVO
5 CTE 0.710000E-05 @ez Tbc3
5 GTB S 'N-BK7 ' B6P|Z%E;D6
6 RAD 14.2600000000000 TH 8.50000000 AIR w) ] H ^6
7 RAD -46.1600000000000 TH 3.40000000 x<i}_@Sn_+
7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 \$*$= '6"
7 CTE 0.710000E-05 2GmpCy`L"
7 GTB S 'N-BK7 ' R\Z: n*
8 RAD 19.3000000000000 TH 3.00000000 AIR ;,'igdold
9 RAD 28.1400000000000 TH 4.80000000 .y5,x\ Pq(
9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 ,.IEDF<&
9 CTE 0.710000E-05 KGHq rc
9 GTB S 'N-BK7 ' K!AAGj`
10 RAD -47.0000000000000 TH 1.00000000 AIR JOn yrks
11 CAO 4.90993000 0.00000000 0.00000000 U_yE& 6 T
11 CV 0.0000000000000 TH 13.20000000 AIR vC;]jJb:
12 RAD -24.2000000000000 TH 3.20000000 p4u5mM
12 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 )x,8D ~p'
12 CTE 0.846000E-05 n}-3o]ku
12 GTB S 'N-SF57 ' Br>Fpe$q4
13 RAD 150.0000000000000 TH 1.20000000 AIR *~$~yM/~3U
14 RAD 269.0000000000000 TH 10.00000000 xgsjm) )
14 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 W{cY6@
14 CTE 0.710000E-05 * v%rMU7,
14 GTB S 'N-BK7 ' }f>H\iJe
15 RAD -22.6200000000000 TH 1.00000000 AIR ~=r^3nZR/J
16 RAD -1000.0000000000000 TH 6.70000000 c>bq%}
16 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 !hxIlVd{
16 CTE 0.806000E-05 E9! N >0
16 GTB S 'N-LAF2 ' <m sxHw
17 RAD -48.1100000000000 TH 1.00000000 AIR XkKC!
18 RAD 70.1900000000000 TH 6.20000000 _#$9 y1bd
18 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 {[Q0qi =
18 CTE 0.806000E-05 hm bj*8
18 GTB S 'N-LAF2 ' \6|/RFT
19 RAD -725.0000000000000 TH 2.00000000 AIR M<?Q4a'Q
20 CV 0.0000000000000 TH 3.60000000 ;+ "f
20 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 iP~ , n8W
20 CTE 0.710000E-05 5wt TP ;P
20 GTB S 'N-BK7 ' vW,snxK6y&
21 CV 0.0000000000000 TH 36.90500000 AIR l?E a#
22 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR q!'rz
END 6` 01EIk
q]& .#&h
该透镜在近红外光工作，工作数 F / 3.5，且是远心的，具有低畸变，受衍射限制。 初步评价，这种设计并不差，只有不到1/4波长的像差。 Wa/g `}
视场上的最大畸变刚刚超过½微米，远心距离的最大偏差约为0.01弧度。 性能还不错- 但如果我们能够进一步提高它的性能，这将为我们提供更多的公差余地。 Ft{[ae?4
这是我们的优化MACro： = V +I=rqo
CHG Q'apG)0I
WAP 1 ! keep entering beam diameter constant over field n;XWMY
19 UMC -0.14286 ! maintain F/number {43yb_B(
CFREE ! remove the clear aperture at the stop END . ~lKBkS`!
De
*7OC
PANT `RQ#.
VY 0 YP1 ! let the program find the best stop location Nw J:!
VLIST RAD ALL ! all radii will change except 19 and the flat windows t/i5,le
VLIST TH ALL EXCEPT 1 LB2 ! and all thicknesses except 1 and 20 g{s'GyV8t
END ][PzgzG
OIb
AANT EEy$w1ec
AEC ! monitor feathered edges Hq &"+1F
ACC ! and keep thicknesses less than 25.4 mm 4NVV5_K a
M 89.6 1 A TOTL ! keep total lens length constant @* 1U{`
M 0 50 A GIHT ! control distortion at full field S P YA 1 @!=\R^#p
5@osnf?
M 0 50 A GIHT ! and at half field DIV CONST 2 Sywu=b
<{(/E0~V/<
S P YA .5 X##1!
ad
^[:9fs
M 0 20 A P HH .7 ! control telecentricity at 0.7 field z|R ,& ~:
M
s9E@E
GSO 0 0.1 5 M 0 ! correct OPDs of ray grids at three fields GNO 0 0.05 4 M .7 k4J8O3E
GNO 0 0.05 4 M 1 END USJ- e
` \>.h
SNAP ! get snapshot every iteration ,n,RFa
SYNO 30 ! optimize for 30 cycles. P'@<:S|
jP vDFT^d/
（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。） %9 C@ Xl
我们进行优化，然后运行模拟退火几个周期。 透镜有所改善。 ;d.K_P
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 !#ri5{od
AED 3 Q 3 19 ! find which element to delete between surfaces 3 and 19. q*jNH\|
#4LFG\s
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）。 G>qZxy`c
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？ d87vl1 3
为此，我们将AED线更改为
,"-Rf<q/
AEI 3 3 17 0 ! insert one element between surfaces 3 and 17. gB,G.QM*6
Z]w# vLR
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。） pV p:@0 h
CORE nb <hnCUg1
=`n]/L"Q
在MACro的顶部，其中nb是核心数。 这将以更快的速度运行AEI。） +#@"*yj3
程序在表面12之前插入了一个元件。我们添加一个新变量 ^he=)rBb?
VY 12 GLM '&O/g <Z}q
IHfzZHy
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。 | aQ"3d
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：  \/7i-B]G7
RLE YKZrEP 4^
ID EXAMPLE LENS 141 W|k0R4K]]
WAVL .7150000 .7100000 .7050000 23(=Xp3;>
gCd`pi
8
CORDER 1 3 2 |xr%6 [Ff
APS -11 yj 6@7@l>A
TEMPERATURE 30.00000 ?{ "mP 'dD
WAP 1 _STB$cZ
GTZ }H4=HDO
UNITS MM m %+IPZ2m
OBB 0.000000 15.20000 6.24500 -11.63722 0.00000 0.00000 PALl sGlf
6.24500 kyh_9K1
0 AIR Ax 3W 2 s
1 CV 0.0000000000000 TH 4.50000000 Sx gYjIa-
1 N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 jg
2qGC
1 DNDT 1.090E-05 9.960E-06 9.700E-06 3.65000E-01 7DW ]JK l
1 CTE 0.500000E-06 XALI<ZY
1 GTB U 'FUSILICA ' ~H)4)r^
2 CV 0.0000000000000 TH 1.00000000 AIR ~wnOV#v
3 RAD 31.7420365099046 TH 4.89311077 I:( m aM c
3 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 9n]|PEoAB
3 CTE 0.806000E-05 M/D)".;
3 GTB S 'N-LAF2 ' Uv_N x10
4 RAD 205.8474850968830 TH 6.35592001 AIR PeX1wK%f
5 RAD 31.8551157618315 TH 1.39568729 Oh.ZPG=
5 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 ){s*n=KIO
5 CTE 0.710000E-05 M
x5`yT7
5 GTB S 'N-BK7 ' ;P &y,:<m:
6 RAD 12.9057883346246 TH 7.19477052 AIR $$i. O }
7 RAD -23.8475364230033 TH 1.00000000 =6FUNvP#8
7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 kID[#g'
7 CTE 0.710000E-05 a~h:qpg c
7 GTB S 'N-BK7 ' 3T\l]? z
8 RAD 18.0286949741191 TH 1.24241640 AIR Yw3oJ f&
9 RAD 21.7606620988429 TH 11.21030691 T G48%L
9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 ?B@;QjhjiJ
9 CTE 0.710000E-05 q: >^ "P{
9 GTB S 'N-BK7 ' Bsf7mcXz7z
10 RAD -27.0144706600627 TH 1.00000000 AIR {",MCu_V
11 CV 0.0000000000000 TH 15.36917292 AIR 4!62/df
12 RAD -221.0555600124851 TH 3.83402160 } F6<w{|
12 GLM 1.73264979 52.69907560 14 8V2H)
13 RAD -18.9307423606996 TH 1.00000000 AIR 5F+APz7
14 RAD -18.3189387535143 TH 1.00000790 pnyWcrBf
14 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 dBsX*}C
14 CTE 0.846000E-05 C F!Sa 6
14 GTB S 'N-SF57 ' v 7
15 RAD 77.6676600402005 TH 8.59463594 AIR I-D^>\k +
16 RAD -98.5742040515266 TH 3.91807638 72W,FU~OD
16 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 tary6K9K+
16 CTE 0.806000E-05 p Y)5bSA
16 GTB S 'N-LAF2 ' p1pQU={<
17 RAD -31.6148606190401 TH 5.55657931 AIR iq#b#PYA
18 RAD 90.9510179315515 TH 5.93527419 sRVIH A ,
18 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 6\7nc FO3
18 CTE 0.806000E-05 BC>=B@H0
18 GTB S 'N-LAF2 ' tbo>%kn
19 RAD -60.9109375555036 TH 1.00003786 AIR \ b
V6@ #,
19 CV -0.01641741 Bm$"WbOq*R
19 UMC -0.14286000 ?,P3)&3g
20 CV 0.0000000000000 TH 3.60000000 j!~l,::$"X
20 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 uf<@ruN
20 CTE 0.710000E-05 TQX)?^Ft
20 GTB S 'N-BK7 ' $\o {_?}1
21 RAD -1.1487695061324E+17 TH 43.52197472 AIR =.<@`1
21 CV -8.70496644E-18 0l*]L`]L#
21 UMC -0.14286000 5V[oE\B
22 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ( GnuWc\p
END _C BWb
$w)~O<_U
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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