SYNOPSYS 光学设计软件课程五：改进另一个程序设计的透镜

#ZJMlJ:q`"
1BJ<m5/1%
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。 W{ fZ[z
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。）

H$!+A
RLE CEuWw:)
    ID EXAMPLE LENS    53 .}q]`<]ze
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 &)n_]R#)
    CORDER    1    3    2 WmeKl
    APS                -11 69-:]7.g
    TEMPERATURE        30.00000 N2BI_,hI1
    WAP                3 H3, ut
    GTZ 8'A72*dhX
    UNITS MM ad9CsvW
    OBB     0.000000  15.20000  6.24500  -13.54114  0.00000  0.00000 8$0\J_
    6.24500 9Hd;353Q
yEq#Dr
        0    AIR `0{ S3v
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 'cV?i&;
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 3GF2eS$$P
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 iib
        1    CTE    0.500000E-06 V|'1tB=;*1
        1    GTB U    'FUSILICA    ' dH\XO-Z7v
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR $IVwA
        3    RAD    31.3000000000000    TH    9.80000000 d H? ScXM=
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 |Y},V_@d
        3    CTE    0.806000E-05 %y&]'A
        3    GTB S    'N-LAF2    ' o:"anHs
        4    RAD    111.9000000000000    TH    1.50000000 AIR :]PM_V|
        5    RAD    28.2100000000000    TH    4.00000000 y+9h~,:A
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 g JjN<&,
        5 CTE    0.710000E-05 ecj7BT[mLI
        5 GTB S    'N-BK7    ' "7,FXTaer
        6    RAD    14.2600000000000    TH    8.50000000    AIR z[C3
        7    RAD    -46.1600000000000    TH    3.40000000 a^t?vv
        7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 9XLFHV("
        7 CTE    0.710000E-05 9Ma0^_
        7 GTB S    'N-BK7    ' n((vY.NDV
        8 RAD    19.3000000000000    TH    3.00000000 AIR @*>Sw>oet
        9 RAD    28.1400000000000    TH    4.80000000 S{#cD1>.
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 =WG=C1Z
        9 CTE    0.710000E-05 w8Vw1wW
        9 GTB S    'N-BK7    ' Wh( |+rJ?Z
        10 RAD    -47.0000000000000    TH    1.00000000 AIR 3GH(wSv9\
        11 CAO    4.90993000    0.00000000    0.00000000 D)Q)NI
        11 CV    0.0000000000000    TH    13.20000000 AIR -F\qnsZ2
        12 RAD    -24.2000000000000    TH    3.20000000 3QXjD/h
        12 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 HN6}R|IH
        12 CTE    0.846000E-05 Nc)J18
        12 GTB S    'N-SF57    ' 1[;;sSp
        13    RAD    150.0000000000000    TH    1.20000000    AIR 4/e60jA
        14    RAD    269.0000000000000    TH    10.00000000 ka"337H
        14    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 `.%JjsD<
        14    CTE    0.710000E-05 id^sr Mw
        14    GTB S    'N-BK7    ' +GF#?X0^
        15    RAD    -22.6200000000000    TH    1.00000000    AIR =IU*}>#
        16    RAD    -1000.0000000000000    TH    6.70000000 k5`OH8G
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 HYK!}&
        16    CTE    0.806000E-05 &fOdlQ?
        16    GTB S    'N-LAF2    ' 4)6xU4eBaL
        17    RAD    -48.1100000000000    TH    1.00000000    AIR ememce,Np
        18    RAD    70.1900000000000    TH    6.20000000 &a,OfSz
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 (`BSVxJH
        18    CTE    0.806000E-05 ?GA&f2]a
        18    GTB S    'N-LAF2    ' /9pM>Cd*Z
        19    RAD    -725.0000000000000    TH    2.00000000    AIR (ljF{)Ml+=
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 tV;`fV
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 c{+AJ8
        20    CTE    0.710000E-05 o|BP$P8V
        20    GTB S    'N-BK7    ' N8r*dadDd
        21    CV    0.0000000000000    TH    36.90500000 AIR @}-r&/#
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR n5-)/R[z
    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：

8eBOr9l+j
    CHG H*^\h?s
    WAP 1                            ! keep entering beam diameter constant over field N6OMYP1
    19 UMC -0.14286                    ! maintain F/number 5yZTcS z
    CFREE                            ! remove the clear aperture at the stop END d[ >`")2)
#H?t!DU
    PANT O,2~"~kF
    VY 0 YP1                        ! let the program find the best stop location g7V8D
    VLIST RAD ALL                    ! all radii will change except 19 and the flat windows iIT8H\e
    VLIST TH ALL EXCEPT 1 LB2        ! and all thicknesses except 1 and 20 JA)?p{j
    END *OJ/V O
51C2u)HE
    AANT <h).fX
    AEC                                ! monitor feathered edges YTQt3=1ii
    ACC                                ! and keep thicknesses less than 25.4 mm }9HmTr|
    M 89.6 1 A TOTL                    ! keep total lens length constant LVJI_O{fH
    M 0 50 A GIHT                    ! control distortion at full field S P YA 1 B(?Yw>Xd[
D_mL,w
    M 0 50 A GIHT                    ! and at half field DIV CONST 2 >_dx_<75&
@`opDu!
    S P YA .5 E/&Rb*3
%3q0(Xl
    M 0 20 A P HH .7                ! control telecentricity at 0.7 field mR\`DltoV
:A %^^F%
    GSO 0 0.1 5 M 0                    ! correct OPDs of ray grids at three fields GNO 0 0.05 4 M .7 3A:q7#m
    GNO 0 0.05 4 M 1 END D\w h;r
8P7"&VYc8
    SNAP                            ! get snapshot every iteration vu!d)Fy
    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

f4-a?bp
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

!Fo*e
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。）

Uz cx6sw
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

gBT2)2]
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：

|qZko[W}=
    RLE 1im^17X
    ID EXAMPLE LENS                                141 o"wXIHUmV
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 WN(ymcdYB
08X_}97#WF
    CORDER    1    3    2 5@*'2rO&!
    APS                -11 ]E =Iu
    TEMPERATURE        30.00000 'r(1Nj
    WAP                 1 !fBF|*/
    GTZ p!]6ll^
    UNITS MM z <mK>$
    OBB    0.000000      15.20000    6.24500       -11.63722       0.00000     0.00000 6v,z@!b
    6.24500 Rqwzh@}
        0    AIR UAR5^
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 2G$SpfeIu
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 >!_Xgw
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 R52I= a5,*
        1    CTE    0.500000E-06 l3N I$Zu
        1    GTB U    'FUSILICA    ' gP+fN$5'd
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR aP'"G^F
        3    RAD    31.7420365099046    TH    4.89311077 "V{yi!D{<
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 eEhr140
        3    CTE    0.806000E-05 vI$t+m:
        3    GTB S    'N-LAF2    ' ?+T^O?r|O
        4    RAD    205.8474850968830    TH    6.35592001 AIR ^(viM?*
        5    RAD    31.8551157618315    TH    1.39568729 *6xgctk
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 ngj,x7t
        5    CTE    0.710000E-05 @EE."T9
        5    GTB S    'N-BK7    ' eIl]oC7*
        6    RAD    12.9057883346246    TH    7.19477052 AIR wts=[U`(
        7    RAD    -23.8475364230033    TH    1.00000000 }j,[ 1@S
        7    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 "c}@V*cO<d
        7    CTE    0.710000E-05 '`1CBU$
        7    GTB S    'N-BK7    ' WyP W*
        8    RAD    18.0286949741191    TH    1.24241640 AIR f|u#2!7
        9    RAD    21.7606620988429    TH    11.21030691 {'16:dTJ
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 =]3tUD
        9 CTE    0.710000E-05 r>bJ%M}
        9 GTB S    'N-BK7    ' 6_N(;6kx(
        10    RAD    -27.0144706600627    TH    1.00000000 AIR Kx_h1{
        11    CV    0.0000000000000    TH    15.36917292 AIR `9k0Gd
        12    RAD    -221.0555600124851    TH    3.83402160 mSk5u7
        12    GLM    1.73264979        52.69907560 5k|9gICyd*
        13    RAD    -18.9307423606996    TH    1.00000000 AIR #+$Q+Z|6k
        14    RAD    -18.3189387535143    TH    1.00000790 8w({\=
        14    N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3    1.83114590 pm{|?R
        14    CTE    0.846000E-05 u&wiGwF[
        14    GTB S    'N-SF57    ' Zo>]rKeV
        15    RAD    77.6676600402005    TH    8.59463594    AIR {BHI1Uw
        16    RAD    -98.5742040515266    TH    3.91807638 3> /K0N|$
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 ccd8O{G.M
        16    CTE    0.806000E-05 2w)-\/j}
        16    GTB S    'N-LAF2    ' mZ1)wH,
        17    RAD    -31.6148606190401    TH    5.55657931    AIR vM_:&j_?``
        18    RAD    90.9510179315515    TH    5.93527419 d#2$!z#
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 wcDRH)AW.
        18    CTE    0.806000E-05 m|OO,gR
        18    GTB S    'N-LAF2    ' %'0TXr$
        19    RAD    -60.9109375555036    TH    1.00003786    AIR VY)s+Bx
        19    CV    -0.01641741 Nan[<
        19    UMC    -0.14286000 M:5b4$Qh<
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 ?`J[[",
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 O{ /q-~_
        20    CTE    0.710000E-05 J*9$;
        20    GTB S    'N-BK7    ' %Qk/_ R1
        21    RAD -1.1487695061324E+17    TH    43.52197472    AIR Le%ZV%,
        21    CV    -8.70496644E-18 9P{;HusNw
        21    UMC    -0.14286000 (rg;IXAq%
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR /PsnD_s]5
    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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