SYNOPSYS 光学设计软件课程五：改进另一个程序设计的透镜

zqfv|3-!}
((^jyQ
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/]
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。）

9+"D8J7
RLE Os^sOOSY
    ID EXAMPLE LENS    53 ]UKKy2r.
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 rs{e6
    CORDER    1    3    2 'Bb]<L`
    APS                -11 J2Y-D'*s
    TEMPERATURE        30.00000 @%&;V(
    WAP                3 KY H*5
    GTZ I"Y d6M% ;
    UNITS MM $fhrGe
    OBB     0.000000  15.20000  6.24500  -13.54114  0.00000  0.00000 D5fJuT-bp
    6.24500 *@o@>
26JP<&%L
        0    AIR /:v+:-lU
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 >JwdVy^
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 ~ ui/Qf2|
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 i$;GEM}tv
        1    CTE    0.500000E-06 _6"vPN
        1    GTB U    'FUSILICA    ' ~R/w~Kc!/A
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR _H}y7
        3    RAD    31.3000000000000    TH    9.80000000 r|4jR6%<'m
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 ,{:c<W:A]
        3    CTE    0.806000E-05 0fA42*s;
        3    GTB S    'N-LAF2    ' N ?Jr8
        4    RAD    111.9000000000000    TH    1.50000000 AIR wVkms
        5    RAD    28.2100000000000    TH    4.00000000 %41dVnWB^4
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 5w"f.d'
        5 CTE    0.710000E-05 ! utgo/n
        5 GTB S    'N-BK7    ' I2kqA5>)j
        6    RAD    14.2600000000000    TH    8.50000000    AIR `GOxFDB.
        7    RAD    -46.1600000000000    TH    3.40000000 TEz)d=
        7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 (q`Jef
        7 CTE    0.710000E-05 ~r;da9
        7 GTB S    'N-BK7    ' +*'
        8 RAD    19.3000000000000    TH    3.00000000 AIR 11}sRu/
        9 RAD    28.1400000000000    TH    4.80000000 R9&T0Qf
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 %HSS x+2oR
        9 CTE    0.710000E-05 kwNXKn/
        9 GTB S    'N-BK7    ' /*p4(D_A
        10 RAD    -47.0000000000000    TH    1.00000000 AIR ANtp7ad
        11 CAO    4.90993000    0.00000000    0.00000000 Yf.H$L
        11 CV    0.0000000000000    TH    13.20000000 AIR zrk/}b0j
        12 RAD    -24.2000000000000    TH    3.20000000 qd{o64;|
        12 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 /]%,C
        12 CTE    0.846000E-05 aGVzg$
        12 GTB S    'N-SF57    ' ~J?O~p`&
        13    RAD    150.0000000000000    TH    1.20000000    AIR q# gZ\V$I
        14    RAD    269.0000000000000    TH    10.00000000 @_^QBw0
        14    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 ~-x8@ /
        14    CTE    0.710000E-05 zMs]9o
        14    GTB S    'N-BK7    ' C>7Mx{!H
        15    RAD    -22.6200000000000    TH    1.00000000    AIR L(TO5Y]
        16    RAD    -1000.0000000000000    TH    6.70000000 y@]4xLB]
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 q)gZo[]~
        16    CTE    0.806000E-05 hY+3PNiI@
        16    GTB S    'N-LAF2    ' o_/C9[:
        17    RAD    -48.1100000000000    TH    1.00000000    AIR Ht? u{\p@
        18    RAD    70.1900000000000    TH    6.20000000 pC(AM=RY!
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 }hyK/QUCoN
        18    CTE    0.806000E-05 (Tp+43v
        18    GTB S    'N-LAF2    ' hRb k-b
        19    RAD    -725.0000000000000    TH    2.00000000    AIR k/AcXU%O+
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 W093rNF~
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 L]B]~Tw
        20    CTE    0.710000E-05 fC xN!
        20    GTB S    'N-BK7    ' 6;Cr92
        21    CV    0.0000000000000    TH    36.90500000 AIR L`FsK64@
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR \<|a>{`7]i
    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：

gJi11^PK
    CHG 3Zg=ZnF
    WAP 1                            ! keep entering beam diameter constant over field ]n?a h
    19 UMC -0.14286                    ! maintain F/number 0K>rc1dy
    CFREE                            ! remove the clear aperture at the stop END ar+mj=m
a$#,'UB
    PANT 95(c{ l/
    VY 0 YP1                        ! let the program find the best stop location deaxb8'7
    VLIST RAD ALL                    ! all radii will change except 19 and the flat windows X^%I 3
    VLIST TH ALL EXCEPT 1 LB2        ! and all thicknesses except 1 and 20 C fQj7{
    END #[sC H
V'c9DoSRI\
    AANT 8>j+xbw
    AEC                                ! monitor feathered edges SZg+5MD;X
    ACC                                ! and keep thicknesses less than 25.4 mm z QoMHFL3
    M 89.6 1 A TOTL                    ! keep total lens length constant 7qon:]b4
    M 0 50 A GIHT                    ! control distortion at full field S P YA 1 ./kmI#gaV
v3S{dX<
    M 0 50 A GIHT                    ! and at half field DIV CONST 2 Wr`=P,
l,h#RTfry
    S P YA .5 n$y1kD
`@ qSDW!b
    M 0 20 A P HH .7                ! control telecentricity at 0.7 field b9EJLD
,qiS;2(
    GSO 0 0.1 5 M 0                    ! correct OPDs of ray grids at three fields GNO 0 0.05 4 M .7 rd]HoFE
    GNO 0 0.05 4 M 1 END OI %v>ns
0VoC|,$U
    SNAP                            ! get snapshot every iteration la)f\Nk
    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

1>a^Q
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

cJ]`/YJ
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。）

A6iyJFmD
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

UeHS4cW
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：

42z9N\ f
    RLE 9-Ib+/R0
    ID EXAMPLE LENS                                141 7UQD02
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 /6gRoQ%j
*tRJ=
    CORDER    1    3    2 s ]QzNc
    APS                -11 s\7|b:y&
    TEMPERATURE        30.00000 C 2oll-kN
    WAP                 1 Qs%f6rL
    GTZ Y%=A>~s*c:
    UNITS MM JAB]kNvI
    OBB    0.000000      15.20000    6.24500       -11.63722       0.00000     0.00000 }a<MVG:>SF
    6.24500 =PZs'K
        0    AIR N`iK1n4X
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 ew`R=<mZ,7
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 >wMsZ+@m
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 }FM<uBKW
        1    CTE    0.500000E-06 H>DJ-lG(
        1    GTB U    'FUSILICA    ' u'32nf?
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR -3 W4
        3    RAD    31.7420365099046    TH    4.89311077 x,7axx6
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 PA5g]Tz
        3    CTE    0.806000E-05 n]j(tP
        3    GTB S    'N-LAF2    ' Ok:@F/ v
        4    RAD    205.8474850968830    TH    6.35592001 AIR b7>;UX
        5    RAD    31.8551157618315    TH    1.39568729 zG@!(
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 F`u{'w:Hv
        5    CTE    0.710000E-05 jzPC9
        5    GTB S    'N-BK7    ' ZVGw@3
        6    RAD    12.9057883346246    TH    7.19477052 AIR x_@ev-
        7    RAD    -23.8475364230033    TH    1.00000000 O-y"]Wrv
        7    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 OOk53~2id
        7    CTE    0.710000E-05 "lz!'~im
        7    GTB S    'N-BK7    ' e.HN%LrhS
        8    RAD    18.0286949741191    TH    1.24241640 AIR a:;*"p[R
        9    RAD    21.7606620988429    TH    11.21030691 d!gm4hQhl
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 +Nza@B d
        9 CTE    0.710000E-05 RK'( {1
        9 GTB S    'N-BK7    ' n]o+KT\
        10    RAD    -27.0144706600627    TH    1.00000000 AIR s-C.+9
        11    CV    0.0000000000000    TH    15.36917292 AIR huq6rA/i
        12    RAD    -221.0555600124851    TH    3.83402160 N{q'wep
        12    GLM    1.73264979        52.69907560 uj:w^t ][
        13    RAD    -18.9307423606996    TH    1.00000000 AIR ,LMme}FFeb
        14    RAD    -18.3189387535143    TH    1.00000790 71A{"
        14    N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3    1.83114590 a)TNVm^
        14    CTE    0.846000E-05 2i>xJMW
        14    GTB S    'N-SF57    ' 7H[+iS0
        15    RAD    77.6676600402005    TH    8.59463594    AIR q7)$WXe2LM
        16    RAD    -98.5742040515266    TH    3.91807638 XsR%_eT
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 l y%**iN
        16    CTE    0.806000E-05 f0[xMn0Tu
        16    GTB S    'N-LAF2    ' .(Pe1pe
        17    RAD    -31.6148606190401    TH    5.55657931    AIR Vm.u3KE
        18    RAD    90.9510179315515    TH    5.93527419 wR4P0[
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 ?"C]h s
        18    CTE    0.806000E-05 q?MYX=Y6
        18    GTB S    'N-LAF2    ' FVD}9ia
        19    RAD    -60.9109375555036    TH    1.00003786    AIR [7Kn$OfP
        19    CV    -0.01641741 .(hb8 rCM
        19    UMC    -0.14286000 34?yQX{
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 B{K'"uC
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 K8+b\k4E
        20    CTE    0.710000E-05 3jn@ [ m
        20    GTB S    'N-BK7    ' lLJb3[ e.
        21    RAD -1.1487695061324E+17    TH    43.52197472    AIR 1uH\Bn]p?
        21    CV    -8.70496644E-18 M84LbgGM%
        21    UMC    -0.14286000 ^twv0>vEo
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR {&;b0'!Tf
    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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