SYNOPSYS 光学设计软件课程五：改进另一个程序设计的透镜

1NTx?JJfW
@qWClr{`
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。 ^G5fs'd
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。）

>#;_Ebl@
RLE -ciwIS9L
    ID EXAMPLE LENS    53 <JXHg,Q
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 7bGOE_r
    CORDER    1    3    2 J?E!\V&U
    APS                -11 n Jz*}=
    TEMPERATURE        30.00000 ",5=LW&,
    WAP                3 (Xzq(QV
    GTZ lA6{TH.x
    UNITS MM pp#!sRUKPV
    OBB     0.000000  15.20000  6.24500  -13.54114  0.00000  0.00000 U5F1m]gFr
    6.24500 1Qjc*+JzO.
yk^2<?z>2
        0    AIR ht+wi5b
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 (KvN#d 1\
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 "*c&[ALw
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 <)J@7@!P
        1    CTE    0.500000E-06 9Ns%<FRO@
        1    GTB U    'FUSILICA    ' 8A*tpMV?J
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR U(~Nmo'
        3    RAD    31.3000000000000    TH    9.80000000 P;X0L{u0H
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 %rl<%%T#.M
        3    CTE    0.806000E-05 l Ny<E!0
        3    GTB S    'N-LAF2    ' KZ=5"a
        4    RAD    111.9000000000000    TH    1.50000000 AIR {q&`B
        5    RAD    28.2100000000000    TH    4.00000000 \f]w'qiW5
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 ]g%HU%R-m
        5 CTE    0.710000E-05 =8]Ru(#Ig
        5 GTB S    'N-BK7    ' Pc+,iK>
        6    RAD    14.2600000000000    TH    8.50000000    AIR `sv]/8RN
        7    RAD    -46.1600000000000    TH    3.40000000 z,!A4ws
        7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 HR
        7 CTE    0.710000E-05 ^g<Lu/5w
        7 GTB S    'N-BK7    ' gxVJH'[V5
        8 RAD    19.3000000000000    TH    3.00000000 AIR dJb7d`
        9 RAD    28.1400000000000    TH    4.80000000 SM<qb0
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 >RiU/L
        9 CTE    0.710000E-05 O "Aeg|
        9 GTB S    'N-BK7    ' oChf&W 8u
        10 RAD    -47.0000000000000    TH    1.00000000 AIR Idj Z2)$
        11 CAO    4.90993000    0.00000000    0.00000000 Mu$q) u
        11 CV    0.0000000000000    TH    13.20000000 AIR x;4m@)Mu
        12 RAD    -24.2000000000000    TH    3.20000000 5a&gdqg]
        12 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 -H5-6w$
        12 CTE    0.846000E-05 :19s=0
        12 GTB S    'N-SF57    ' cvpZF5mL]U
        13    RAD    150.0000000000000    TH    1.20000000    AIR COH.`Tv{*
        14    RAD    269.0000000000000    TH    10.00000000 |>Pv2
        14    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 g)<[-Q1
        14    CTE    0.710000E-05 6iEA._y
        14    GTB S    'N-BK7    ' TP`"x}ACa?
        15    RAD    -22.6200000000000    TH    1.00000000    AIR Xs2B:`,hh
        16    RAD    -1000.0000000000000    TH    6.70000000 m .En!~t
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 V* ,u;*
        16    CTE    0.806000E-05 E/d\ebX|
        16    GTB S    'N-LAF2    ' &';@CeK
        17    RAD    -48.1100000000000    TH    1.00000000    AIR CZCVC (/u
        18    RAD    70.1900000000000    TH    6.20000000 UwDoueXs
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 En8L1$_
        18    CTE    0.806000E-05 A.!3{pAb
        18    GTB S    'N-LAF2    ' D6P/39}W
        19    RAD    -725.0000000000000    TH    2.00000000    AIR ;tZ8Sh)
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 7#g<fh
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 n+'s9
        20    CTE    0.710000E-05 Q0""wRq'
        20    GTB S    'N-BK7    ' 52*KRq o
        21    CV    0.0000000000000    TH    36.90500000 AIR h{PJ4U{W
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR Wk/Il^YG
    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：

6 c-9[-Px
    CHG %S%0/
    WAP 1                            ! keep entering beam diameter constant over field >LFj@YW_)
    19 UMC -0.14286                    ! maintain F/number 7$:Jea
    CFREE                            ! remove the clear aperture at the stop END NB&zBJ#
T(*A0
    PANT R9Y{kk0M
    VY 0 YP1                        ! let the program find the best stop location @N\ Ht'f
    VLIST RAD ALL                    ! all radii will change except 19 and the flat windows 35SL*zS@-
    VLIST TH ALL EXCEPT 1 LB2        ! and all thicknesses except 1 and 20 9sB LCZ
    END ;BEX|wxn
sO&eV68 [
    AANT ${7s"IX
    AEC                                ! monitor feathered edges 9Cw !<
    ACC                                ! and keep thicknesses less than 25.4 mm o@|kq1m8
    M 89.6 1 A TOTL                    ! keep total lens length constant zvbz3a
    M 0 50 A GIHT                    ! control distortion at full field S P YA 1 E._[P/PB
V8z*mnD
    M 0 50 A GIHT                    ! and at half field DIV CONST 2 X^.~f+d~
MAG/7T5
    S P YA .5 i th!,jY*i
elb}] +
    M 0 20 A P HH .7                ! control telecentricity at 0.7 field `b[@GGv
8t&'Yk
    GSO 0 0.1 5 M 0                    ! correct OPDs of ray grids at three fields GNO 0 0.05 4 M .7 vg[zRWh8
    GNO 0 0.05 4 M 1 END A@I3:V
toC|vn&P
    SNAP                            ! get snapshot every iteration El3Ayd3
    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

)Z@hk]@?_[
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

#4?:4Im#
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。）

HlX2:\\
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

`k'Dm:*`u4
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：

%Z#[{yuFs
    RLE 0Ewt >~n
    ID EXAMPLE LENS                                141 vTYgWR,h
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 L~L]MC&
K/XUF#^B]
    CORDER    1    3    2 A/*h[N+2!
    APS                -11 #.~lt8F
    TEMPERATURE        30.00000 Dlu]4n[LB
    WAP                 1 ou'|e"tI
    GTZ |0aGX]Y
    UNITS MM 5[>N[}Ck>
    OBB    0.000000      15.20000    6.24500       -11.63722       0.00000     0.00000 3ocRq %%K
    6.24500 vpqMKyy
        0    AIR JB\BP$ap
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 {Ng HH]]O
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 l j*J|%~
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 aQhr$aH
        1    CTE    0.500000E-06 dq$CCOC^F
        1    GTB U    'FUSILICA    ' oq}Q2[.b
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR ZE>!]#,
        3    RAD    31.7420365099046    TH    4.89311077 Q\<^ih51
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 _79 ?,U]
        3    CTE    0.806000E-05 'P?DZE
        3    GTB S    'N-LAF2    ' k34!*(`q
        4    RAD    205.8474850968830    TH    6.35592001 AIR " ^:$7~%bA
        5    RAD    31.8551157618315    TH    1.39568729 M4TFWOC1
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 auT$-Ki8
        5    CTE    0.710000E-05 1f`=U0
        5    GTB S    'N-BK7    ' j{a3AEmps
        6    RAD    12.9057883346246    TH    7.19477052 AIR ,\RxKSU
        7    RAD    -23.8475364230033    TH    1.00000000 9d!}]+"d42
        7    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 Z<0+<tt
        7    CTE    0.710000E-05 ec` $2u
        7    GTB S    'N-BK7    ' b/Z0{38
        8    RAD    18.0286949741191    TH    1.24241640 AIR (">gLr
        9    RAD    21.7606620988429    TH    11.21030691 5Pl~du
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 Y4|g^>{<ni
        9 CTE    0.710000E-05 F DCHB~D
        9 GTB S    'N-BK7    ' +~A<&7[}
        10    RAD    -27.0144706600627    TH    1.00000000 AIR Q35/Sp[;x
        11    CV    0.0000000000000    TH    15.36917292 AIR p;rGaLo:u
        12    RAD    -221.0555600124851    TH    3.83402160 U)N_/
        12    GLM    1.73264979        52.69907560 p@7[w@B\c
        13    RAD    -18.9307423606996    TH    1.00000000 AIR #D{//P|;
        14    RAD    -18.3189387535143    TH    1.00000790 U'acVcD
        14    N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3    1.83114590 R?Or=W)i
        14    CTE    0.846000E-05 H-,RzL/
        14    GTB S    'N-SF57    ' nC5
        15    RAD    77.6676600402005    TH    8.59463594    AIR h}U\2$5
        16    RAD    -98.5742040515266    TH    3.91807638 /U%Xs}A)
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 @pD']=d}t
        16    CTE    0.806000E-05 L){rv)?="
        16    GTB S    'N-LAF2    ' <IBzh_
        17    RAD    -31.6148606190401    TH    5.55657931    AIR '.wyfSH@
        18    RAD    90.9510179315515    TH    5.93527419 KD~F5aS`[
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 "kjjq~l
        18    CTE    0.806000E-05 hFjXgpz5
        18    GTB S    'N-LAF2    ' F W# S.<
        19    RAD    -60.9109375555036    TH    1.00003786    AIR 1+^L,-k!
        19    CV    -0.01641741 .#b!#
        19    UMC    -0.14286000 k'BLos1W
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 \8!&XcA
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 2Ax HhD.
        20    CTE    0.710000E-05 ?7cF_Zvve
        20    GTB S    'N-BK7    ' {Z_Pry$6
        21    RAD -1.1487695061324E+17    TH    43.52197472    AIR nD+vMG1~w
        21    CV    -8.70496644E-18 3a4 ]{
        21    UMC    -0.14286000 p5~;8Q7
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR ?~aM<rcZ
    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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