SYNOPSYS 光学设计软件课程五：改进另一个程序设计的透镜
{Bc#?n
^} tL nF
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。 +!G4tA$g
这是初始结构，包含三个视场点的MTF曲线。 （输入MMF，选择多色选项，然后单击执行。）（下图中开关85打开后，显示红色的红外波长。）  H[Cj7{ V
RLE `f LfT'
ID EXAMPLE LENS 53 #*\R y/9Q
WAVL .7150000 .7100000 .7050000 l- Fmn/ V
CORDER 1 3 2 /jvO XS\M
APS -11 3m3
EXz
TEMPERATURE 30.00000 h^`{ . TlN
WAP 3 (%Ng'~J\|
GTZ va@Xb UC
UNITS MM .$UTH@;7
OBB 0.000000 15.20000 6.24500 -13.54114 0.00000 0.00000 l,^xX = ,
6.24500 J/L)3y
*-{Omqw
0 AIR AVU7WU{
1 CV 0.0000000000000 TH 4.50000000 iY}QgB< M
1 N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 (2cGHYU3N<
1 DNDT 1.090E-05 9.960E-06 9.700E-06 3.65000E-01 G]at{(^Vz
1 CTE 0.500000E-06 EQ6l:[
1 GTB U 'FUSILICA ' B%) zGT p6
2 CV 0.0000000000000 TH 1.00000000 AIR >J9IRAm}sc
3 RAD 31.3000000000000 TH 9.80000000 L,O>6~9:^1
3 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 >}70]dN7b
3 CTE 0.806000E-05 m\l51}xz
3 GTB S 'N-LAF2 ' |G>q:]+AV
4 RAD 111.9000000000000 TH 1.50000000 AIR J N-D/s
5 RAD 28.2100000000000 TH 4.00000000 ;g&7*1E
5 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 w4NZt|>5j;
5 CTE 0.710000E-05 $ #TID=
5 GTB S 'N-BK7 ' tP &{ J^G
6 RAD 14.2600000000000 TH 8.50000000 AIR $U\!q@'$
7 RAD -46.1600000000000 TH 3.40000000 }{ P&idkv
7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 L ,f^mX0<
7 CTE 0.710000E-05 ~}epq6L>
7 GTB S 'N-BK7 ' [5x+aW%ql
8 RAD 19.3000000000000 TH 3.00000000 AIR Tw? Pp8'
9 RAD 28.1400000000000 TH 4.80000000 1hF2eNh
9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 5dbX%e_OP
9 CTE 0.710000E-05 Ma% E&.ed
9 GTB S 'N-BK7 ' muW`pm
10 RAD -47.0000000000000 TH 1.00000000 AIR B 9%yd*SJ
11 CAO 4.90993000 0.00000000 0.00000000 .%|OGl ?
11 CV 0.0000000000000 TH 13.20000000 AIR ` ' dX/ d
12 RAD -24.2000000000000 TH 3.20000000 L~'^ W/N
12 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 T^rz !k{
12 CTE 0.846000E-05 hz&^_ G6`
12 GTB S 'N-SF57 ' S~]8K8"sT
13 RAD 150.0000000000000 TH 1.20000000 AIR $_4oN(WSz
14 RAD 269.0000000000000 TH 10.00000000 9 |us<k
14 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 E|KLK4 ]
14 CTE 0.710000E-05 nC-c8y
14 GTB S 'N-BK7 ' jB}_Slh1j
15 RAD -22.6200000000000 TH 1.00000000 AIR
\r:m ({G
16 RAD -1000.0000000000000 TH 6.70000000 WiPM <'
16 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 B iVd
ka
16 CTE 0.806000E-05 s@*,r@<
16 GTB S 'N-LAF2 ' T2c_vY
17 RAD -48.1100000000000 TH 1.00000000 AIR 3Yn:fsy
18 RAD 70.1900000000000 TH 6.20000000 q g) Af
18 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 < P? 3GT/
18 CTE 0.806000E-05 I^rZgp<'i
18 GTB S 'N-LAF2 ' Fm-q=3
19 RAD -725.0000000000000 TH 2.00000000 AIR ' [7C~r{%
20 CV 0.0000000000000 TH 3.60000000 %!N2!IiVs
20 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285
@vVRF
Z
20 CTE 0.710000E-05 'f p<FeTg
20 GTB S 'N-BK7 ' hlABu)B'1
21 CV 0.0000000000000 TH 36.90500000 AIR Z &?+&q
r^
22 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR f(@"[-[
END ~ wJ3AqNC?
KT]J,b
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。 nN(D 7wk
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。 N,'[:{GOY
这是我们的优化MACro： C[Y%=\6'0
CHG WrIL]kJw^
WAP 1 ! keep entering beam diameter constant over field .=et{\
19 UMC -0.14286 ! maintain F/number B.C H9M
CFREE ! remove the clear aperture at the stop END |wyJh"4!
UH1S_:6
PANT 'p|Iwtjn>
VY 0 YP1 ! let the program find the best stop location YU ]G5\UU
VLIST RAD ALL ! all radii will change except 19 and the flat windows I8pv:>EhC
VLIST TH ALL EXCEPT 1 LB2 ! and all thicknesses except 1 and 20 [~Z'xY
y
END KV) Hywl`
m=("N
AANT W>t&N
AEC ! monitor feathered edges S4aHce5PXA
ACC ! and keep thicknesses less than 25.4 mm =2vMw]
M 89.6 1 A TOTL ! keep total lens length constant T9U2j-lA?
M 0 50 A GIHT ! control distortion at full field S P YA 1 ,_5YaX:<4
TCEXa?,L
M 0 50 A GIHT ! and at half field DIV CONST 2 /w }B07.
tNi% }~Z
S P YA .5 5* o\z&*L
#*7 /05)
M 0 20 A P HH .7 ! control telecentricity at 0.7 field e D`
,
b0zxT9
GSO 0 0.1 5 M 0 ! correct OPDs of ray grids at three fields GNO 0 0.05 4 M .7 |4?}W ,
GNO 0 0.05 4 M 1 END mv9E {m
:+?W
SNAP ! get snapshot every iteration U`8^N.Snrp
SYNO 30 ! optimize for 30 cycles. I ]WeZ,E
XYxm8ee"j
（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。） ]L%R[Z!3
我们进行优化，然后运行模拟退火几个周期。 透镜有所改善。 n'&`9M['%d
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 +{=_| 3(
AED 3 Q 3 19 ! find which element to delete between surfaces 3 and 19. 7S~ 9E2N
h3 ;o!FF
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）。 8y 4D9_{
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？ *?R\[59
为此，我们将AED线更改为 33,JUQ2u
AEI 3 3 17 0 ! insert one element between surfaces 3 and 17. !7"K>m<
HC;I0&v>
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。） z
kX-"}$8
CORE nb |au q j2
,Dii? P
在MACro的顶部，其中nb是核心数。 这将以更快的速度运行AEI。） *|,ykb >
程序在表面12之前插入了一个元件。我们添加一个新变量 zcD_}t_K
VY 12 GLM D @4&@>
BHJ'[{U*w
到PANT文件，所以新元件上的玻璃模型可以变化，注释掉AEI命令行，重新优化并模拟退火。 :hhE=A>X
该程序已将透镜内的孔径位置移动到9.如果透镜有固定孔径，我们可以在该元件上切一个凹槽，并获得极好的性能 - 但如果没有，我们会为表面11分配一个真正的孔径，移除 YP1的变量，并再次重新优化。我们得到如下透镜：  v(Zi;?c
RLE QSs$
ID EXAMPLE LENS 141 gt t$O
WAVL .7150000 .7100000 .7050000 N;`[R>Z~
(HrkUkw
CORDER 1 3 2 T
m@1q!G
APS -11 V.gY1
TEMPERATURE 30.00000 h@m n
GE
WAP 1 p,AD!~n`
GTZ z)Q^j>%
UNITS MM 6nWx >R<
OBB 0.000000 15.20000 6.24500 -11.63722 0.00000 0.00000 @aV~.!!
6.24500 D>7_P7]y
0 AIR `2(R}zUHN
1 CV 0.0000000000000 TH 4.50000000 WO(&<(?
1 N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 noUZ9M|hz
1 DNDT 1.090E-05 9.960E-06 9.700E-06 3.65000E-01 ZV q
1 CTE 0.500000E-06 YT(1
"{:
1 GTB U 'FUSILICA ' X,Q=n2X?3
2 CV 0.0000000000000 TH 1.00000000 AIR Z/05 wB
3 RAD 31.7420365099046 TH 4.89311077 2eR+dT
3 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 _hyxKrm'
6
3 CTE 0.806000E-05 F)5B[.ce
3 GTB S 'N-LAF2 ' 4@mXtA
4 RAD 205.8474850968830 TH 6.35592001 AIR })0 7u
5 RAD 31.8551157618315 TH 1.39568729 BQ}.+T\
5 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 \`p~ b(
5 CTE 0.710000E-05 $-9@ /%Y
5 GTB S 'N-BK7 ' dK ;\`>8
6 RAD 12.9057883346246 TH 7.19477052 AIR ?5YmE(v7
7 RAD -23.8475364230033 TH 1.00000000 U1 HD ~
7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 Nb!6YY=Ez-
7 CTE 0.710000E-05 d,rEEc Y
7 GTB S 'N-BK7 ' CygV _q
8 RAD 18.0286949741191 TH 1.24241640 AIR -J7 , Nw
9 RAD 21.7606620988429 TH 11.21030691 aCi^^}!
9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 "QFADk1
9 CTE 0.710000E-05 \y )4`A
9 GTB S 'N-BK7 ' oJJ k
10 RAD -27.0144706600627 TH 1.00000000 AIR X>GY*XU
11 CV 0.0000000000000 TH 15.36917292 AIR 0G\myv
12 RAD -221.0555600124851 TH 3.83402160 w$;*~Qc
12 GLM 1.73264979 52.69907560 Y7V&zF{
13 RAD -18.9307423606996 TH 1.00000000 AIR . nF
14 RAD -18.3189387535143 TH 1.00000790 Fx99"3`3
14 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 O9=H
[b
14 CTE 0.846000E-05 OUk5c$ M(
14 GTB S 'N-SF57 ' *;yMD-=
15 RAD 77.6676600402005 TH 8.59463594 AIR fQ.>G+0 I>
16 RAD -98.5742040515266 TH 3.91807638 "X(=
16 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 U4L=3T+:[
16 CTE 0.806000E-05 Qp{-!*
16 GTB S 'N-LAF2 ' ;q&D,4r]
17 RAD -31.6148606190401 TH 5.55657931 AIR jzA8f+:q
18 RAD 90.9510179315515 TH 5.93527419 8Gg/M%wq9U
18 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 34^Cfh
18 CTE 0.806000E-05 2T%f~yQ^
18 GTB S 'N-LAF2 ' .d!*<`S|
19 RAD -60.9109375555036 TH 1.00003786 AIR g?Aq C
19 CV -0.01641741 Heif FJn
19 UMC -0.14286000 h5J wB<8
20 CV 0.0000000000000 TH 3.60000000 ZpctsC z]
20 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 *#^1rKGWK
20 CTE 0.710000E-05 Ry S{@=si
20 GTB S 'N-BK7 ' ^r
:A^q
21 RAD -1.1487695061324E+17 TH 43.52197472 AIR GXlg%
21 CV -8.70496644E-18 / cen# pb
21 UMC -0.14286000
yi; t
22 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR LbbQ3$@ WD
END `h3}"js
Jo$Dx a
z
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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