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$K=c1
RLE wcZbmJ:
    ID EXAMPLE LENS    53 I!0JG`&
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 p1D()-
    CORDER    1    3    2 O)uOUB
    APS                -11 :uo[&&c
    TEMPERATURE        30.00000 ,/&Z3e
    WAP                3 ?; [ T
    GTZ s~J=<)T*6
    UNITS MM h4(JUio
    OBB     0.000000  15.20000  6.24500  -13.54114  0.00000  0.00000 :a.0hes
    6.24500 Ky kSFB
7^MX l
        0    AIR VD$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^ifF
        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

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：

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 $md%xmQ[
    M 0 50 A GIHT                    ! control distortion at full field S P YA 1 *Zk>2<^R
K2)!h.W
    M 0 50 A GIHT                    ! and at half field DIV CONST 2 ,:Z^$
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.

（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

G3P&{.v
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

{P%9
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。）

hg.#DxRi{
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

.~A*=
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：

w27KI]%(
    RLE 6k{2 +P
    ID EXAMPLE LENS                                141 H={DB
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 V]OmfPve
i$G;f^Z!Y
    CORDER    1    3    2 )~4II.`%^
    APS                -11 O4\Z!R60g
    TEMPERATURE        30.00000 K5ZC:Ks
    WAP                 1 `pf4X/Py
    GTZ kE>0M9EdH
    UNITS MM ,[S+T.Cu
    OBB    0.000000      15.20000    6.24500       -11.63722       0.00000     0.00000 sIG7S"k>p
    6.24500 ?&G`{Ey
        0    AIR qf@q]wtar
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 H&1[nU{?>
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 OMhef,,H
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 M#"524Nz
        1    CTE    0.500000E-06 fH`P[^N
        1    GTB U    'FUSILICA    ' OaJB=J%
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR h5%<+D<
        3    RAD    31.7420365099046    TH    4.89311077 mpAR7AG6
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 \P} p5k[
        3    CTE    0.806000E-05 <DKS+R
        3    GTB S    'N-LAF2    ' 6:GTD$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

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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