SYNOPSYS 光学设计软件课程五：改进另一个程序设计的透镜

md`PRZzj@
fIOI
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。 m/#)B6@A
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。）

=rBNEd
RLE e1'<;;; L
    ID EXAMPLE LENS    53 7P}&<;5zD
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 )4oTA@wR
    CORDER    1    3    2 Fb#_(I[aj
    APS                -11 _c*0Rr
    TEMPERATURE        30.00000 ?yKW^,q+
    WAP                3 Xo[={2_
    GTZ n W2[x;
    UNITS MM YJZViic
    OBB     0.000000  15.20000  6.24500  -13.54114  0.00000  0.00000 cx?XJ)
    6.24500 wOH$S=Ba5,
xA|72!zk0P
        0    AIR _tE`W96J
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 #7S[Ch}O
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 NP%Y\%;l6
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 V:?exJg9
        1    CTE    0.500000E-06 -)%l{@Mr
        1    GTB U    'FUSILICA    ' ?nOul}y/
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR {Lj]++`fB]
        3    RAD    31.3000000000000    TH    9.80000000 JGH;&UYP
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 zcCX;N
        3    CTE    0.806000E-05 Gi})*U]P|
        3    GTB S    'N-LAF2    ' mSSDV0Pfn
        4    RAD    111.9000000000000    TH    1.50000000 AIR <dxc"A
        5    RAD    28.2100000000000    TH    4.00000000 #biI=S
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 cPcp@Dp
        5 CTE    0.710000E-05 FX QUj&9
        5 GTB S    'N-BK7    ' vu^ '+ky
        6    RAD    14.2600000000000    TH    8.50000000    AIR 7hPiPv
        7    RAD    -46.1600000000000    TH    3.40000000 U8_<?Hd
        7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 aiP.\`>}
        7 CTE    0.710000E-05 [[(29|`]
        7 GTB S    'N-BK7    ' _hgu:
        8 RAD    19.3000000000000    TH    3.00000000 AIR 2y6 e]D
        9 RAD    28.1400000000000    TH    4.80000000 u~Zx9>f
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 Hk'D@(hS
        9 CTE    0.710000E-05 -LAYj:4
        9 GTB S    'N-BK7    ' X-$~j+YC
        10 RAD    -47.0000000000000    TH    1.00000000 AIR &6-udZB-
        11 CAO    4.90993000    0.00000000    0.00000000 ;c1ar)G7
        11 CV    0.0000000000000    TH    13.20000000 AIR =b{wzx}e
        12 RAD    -24.2000000000000    TH    3.20000000 HyKvDJ 3_
        12 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 |l)z^V!
        12 CTE    0.846000E-05 0fhz7\a^_<
        12 GTB S    'N-SF57    ' d{?X:*F
        13    RAD    150.0000000000000    TH    1.20000000    AIR wO6 D\#
        14    RAD    269.0000000000000    TH    10.00000000 LadE4:oy
        14    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 `w@8i[2J
        14    CTE    0.710000E-05 2H7b2%
        14    GTB S    'N-BK7    ' rPf<8oH
        15    RAD    -22.6200000000000    TH    1.00000000    AIR |tl4I2AV
        16    RAD    -1000.0000000000000    TH    6.70000000 WEgJ_dB
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 r(g:b ^S
        16    CTE    0.806000E-05 }GV5':W@WG
        16    GTB S    'N-LAF2    ' @VlDi1
        17    RAD    -48.1100000000000    TH    1.00000000    AIR R-Y07A
        18    RAD    70.1900000000000    TH    6.20000000 iYwzdW1
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 p*F.WxB)4
        18    CTE    0.806000E-05 X6lkz*M.
        18    GTB S    'N-LAF2    ' AN-qcp6=o
        19    RAD    -725.0000000000000    TH    2.00000000    AIR 6_`9 4+
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 N"A863>
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 }=.:bwX5
        20    CTE    0.710000E-05 )$[.XKoT
        20    GTB S    'N-BK7    ' n#F:(MSOp
        21    CV    0.0000000000000    TH    36.90500000 AIR b^WTX
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR VKI`@rY4
    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：

/l o;:)AiP
    CHG /_yJ;l/K
    WAP 1                            ! keep entering beam diameter constant over field @3T)J,f
    19 UMC -0.14286                    ! maintain F/number QtM9G@%
    CFREE                            ! remove the clear aperture at the stop END !% 'dyj
zQpF,N<b
    PANT L[M`LZpJo
    VY 0 YP1                        ! let the program find the best stop location z"[}Sk
    VLIST RAD ALL                    ! all radii will change except 19 and the flat windows HB+{vuN*L
    VLIST TH ALL EXCEPT 1 LB2        ! and all thicknesses except 1 and 20 ;8!L*uMI
    END kkvG=
[nL{n bli
    AANT x6-bAf
    AEC                                ! monitor feathered edges F#<$yUf%
    ACC                                ! and keep thicknesses less than 25.4 mm PH6!T/2[
    M 89.6 1 A TOTL                    ! keep total lens length constant 1?6zsA%N
    M 0 50 A GIHT                    ! control distortion at full field S P YA 1 'Ipp1a Z_M
&x= PAu
    M 0 50 A GIHT                    ! and at half field DIV CONST 2 gaBVD*>
C"X; ,F<
    S P YA .5 h!>K[*
X:3W9`s)*
    M 0 20 A P HH .7                ! control telecentricity at 0.7 field >ZX&2 {
Gp&o
    GSO 0 0.1 5 M 0                    ! correct OPDs of ray grids at three fields GNO 0 0.05 4 M .7 ak_&\'P
    GNO 0 0.05 4 M 1 END 6;JlA})
1?!z<<
    SNAP                            ! get snapshot every iteration 5 5$J%;&
    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

xfAnZBsVo
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

c5vi Y|C^
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。）

;";#{B:
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

_T8o]
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：

:4HZ>!i
    RLE zJxO\
    ID EXAMPLE LENS                                141 liU/O:Ap
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 .UdoB`@!v=
*|OP>N
    CORDER    1    3    2 J/-&Fa\(
    APS                -11 B'@a36
    TEMPERATURE        30.00000 n91@{U)QJ3
    WAP                 1 nKR=/5a4Y
    GTZ v&#=1Zb
    UNITS MM x!@3.$
    OBB    0.000000      15.20000    6.24500       -11.63722       0.00000     0.00000 udld[f.
    6.24500 . #7B10
        0    AIR <E&[sQ|3
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 #<4/ *< 5
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 8i?Hh?Mf}
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 $VgazUH% =
        1    CTE    0.500000E-06 #0F6{&; M
        1    GTB U    'FUSILICA    ' s\Zp/-Q
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR M~o\K'
        3    RAD    31.7420365099046    TH    4.89311077 +CQ$-3
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 |o5F%1o
        3    CTE    0.806000E-05 q%rfKHMA50
        3    GTB S    'N-LAF2    ' @/DHfs4O
        4    RAD    205.8474850968830    TH    6.35592001 AIR `3QAXDWE
        5    RAD    31.8551157618315    TH    1.39568729 N.l\2S}
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 qRX:eo
        5    CTE    0.710000E-05 8*-N@j8
        5    GTB S    'N-BK7    ' sy s6 V?
        6    RAD    12.9057883346246    TH    7.19477052 AIR VQMPs{tm
        7    RAD    -23.8475364230033    TH    1.00000000 @y+Hb@ >.
        7    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 vz^w%67&
        7    CTE    0.710000E-05 HHZGu8tzt
        7    GTB S    'N-BK7    ' #&oL iz=hZ
        8    RAD    18.0286949741191    TH    1.24241640 AIR p1mY@[A
        9    RAD    21.7606620988429    TH    11.21030691 !.^%*6f
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 PrZs@ Y
        9 CTE    0.710000E-05 L'KgB=5K&i
        9 GTB S    'N-BK7    ' QnJ(C]cW
        10    RAD    -27.0144706600627    TH    1.00000000 AIR \i}:Vb(^
        11    CV    0.0000000000000    TH    15.36917292 AIR 0>aAI3E
        12    RAD    -221.0555600124851    TH    3.83402160 mv0JD(
        12    GLM    1.73264979        52.69907560 sC^9
        13    RAD    -18.9307423606996    TH    1.00000000 AIR iuxS=3lT"K
        14    RAD    -18.3189387535143    TH    1.00000790 }ag -J."5M
        14    N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3    1.83114590 tt%lDr1A)
        14    CTE    0.846000E-05 a-9Y &#U
        14    GTB S    'N-SF57    ' .w@o%AO_
        15    RAD    77.6676600402005    TH    8.59463594    AIR ~\C.Nm
        16    RAD    -98.5742040515266    TH    3.91807638 AlH\IP
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 L6jD4ec8
        16    CTE    0.806000E-05 Pv>W`/*_,s
        16    GTB S    'N-LAF2    ' [!Jd.zm
        17    RAD    -31.6148606190401    TH    5.55657931    AIR 8rXQK|A
        18    RAD    90.9510179315515    TH    5.93527419 mh8{`W&
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 P_:~!+W,
        18    CTE    0.806000E-05 ;<?mMi@<E
        18    GTB S    'N-LAF2    ' $vQ#ah/k
        19    RAD    -60.9109375555036    TH    1.00003786    AIR {)c2#h
        19    CV    -0.01641741 iFi6,V*PRt
        19    UMC    -0.14286000 b;AGw3SF
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 }r)T75_1
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 ujt0?DM
        20    CTE    0.710000E-05 Te:4z@?
        20    GTB S    'N-BK7    ' lJR
        21    RAD -1.1487695061324E+17    TH    43.52197472    AIR W ^MF3
        21    CV    -8.70496644E-18 ,o\-'
        21    UMC    -0.14286000 bV~z}V&
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR `RriVYc<
    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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