SYNOPSYS 光学设计软件课程五：改进另一个程序设计的透镜

|0VZ1{=*
O-n JuZJgX
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。 [`!%u3
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。）

(JT 273
RLE V=H:`n3k
    ID EXAMPLE LENS    53 ka*#O"}L8
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 CrYPcvd6
    CORDER    1    3    2 Lv<vMIr
    APS                -11 bg^<e}{<H
    TEMPERATURE        30.00000 se29IhS!e
    WAP                3 ZQ_AqzT3D
    GTZ fN6n2*wr(
    UNITS MM e. R9:
    OBB     0.000000  15.20000  6.24500  -13.54114  0.00000  0.00000 gvFCsVv<{
    6.24500 IJDE{)
E^m;Ab=
        0    AIR +77B656
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 {=ATRwUL
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 mTLJajE/
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 OU<v9`<
        1    CTE    0.500000E-06 <4582x,G
        1    GTB U    'FUSILICA    ' &W{v(@
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR f'TEua_`
        3    RAD    31.3000000000000    TH    9.80000000 N t\ZM
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 Y;kiU
        3    CTE    0.806000E-05 22 feYm|
        3    GTB S    'N-LAF2    ' H^M>(kT#&
        4    RAD    111.9000000000000    TH    1.50000000 AIR U+&Eps&NI
        5    RAD    28.2100000000000    TH    4.00000000 x kdC-S
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 #gXxBM
        5 CTE    0.710000E-05 6i@* L\ Dl
        5 GTB S    'N-BK7    ' z#2n+hwE
        6    RAD    14.2600000000000    TH    8.50000000    AIR 9T0g%&
        7    RAD    -46.1600000000000    TH    3.40000000 w[AL'1s]
        7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 ~JO.h$1C
        7 CTE    0.710000E-05 y2=yh30L0E
        7 GTB S    'N-BK7    ' w8a49Fv
        8 RAD    19.3000000000000    TH    3.00000000 AIR e9>~mtx
        9 RAD    28.1400000000000    TH    4.80000000 .aR9ulS
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 Rx?ze(
        9 CTE    0.710000E-05 n/S+0uT
        9 GTB S    'N-BK7    ' !@ {sM6U
        10 RAD    -47.0000000000000    TH    1.00000000 AIR < pZwM
        11 CAO    4.90993000    0.00000000    0.00000000 jwP5pu
        11 CV    0.0000000000000    TH    13.20000000 AIR *D.Ajd.G
        12 RAD    -24.2000000000000    TH    3.20000000 a4pewg'
        12 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 _PSOT5{
        12 CTE    0.846000E-05 'c# }^@G
        12 GTB S    'N-SF57    ' kT:I.,N
        13    RAD    150.0000000000000    TH    1.20000000    AIR "F[7b!>R
        14    RAD    269.0000000000000    TH    10.00000000 BvUiH<-D
        14    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 m"QDc[^Ge
        14    CTE    0.710000E-05 M=3gV?N
        14    GTB S    'N-BK7    ' g/VV2^,
        15    RAD    -22.6200000000000    TH    1.00000000    AIR Je}0KW3G9L
        16    RAD    -1000.0000000000000    TH    6.70000000 {8h[Bd
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 [bRE=Zr$Ry
        16    CTE    0.806000E-05 Ov^##E
        16    GTB S    'N-LAF2    ' W#=,FZT
        17    RAD    -48.1100000000000    TH    1.00000000    AIR 5{bc&?"
        18    RAD    70.1900000000000    TH    6.20000000 9zY6hh**
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 NpaS2q-d
        18    CTE    0.806000E-05 u@CQ+pnf:(
        18    GTB S    'N-LAF2    ' >Fs/Wet
        19    RAD    -725.0000000000000    TH    2.00000000    AIR </u=<^ire
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 fP\q?X@]E
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 MpBdke$
        20    CTE    0.710000E-05 "%p7ft
        20    GTB S    'N-BK7    ' YV!hlYOBi
        21    CV    0.0000000000000    TH    36.90500000 AIR um}q@BU
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR }pIn3B)
    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：

dDIR~!T
    CHG eLnS1w2
    WAP 1                            ! keep entering beam diameter constant over field Fm,` ]CO
    19 UMC -0.14286                    ! maintain F/number {/H<_
    CFREE                            ! remove the clear aperture at the stop END D:f=Z?L)>
%qiVbm0
    PANT lo(C3o'
    VY 0 YP1                        ! let the program find the best stop location oeB'{bG
    VLIST RAD ALL                    ! all radii will change except 19 and the flat windows Q;g7<w17
    VLIST TH ALL EXCEPT 1 LB2        ! and all thicknesses except 1 and 20 O9ps?{g
    END sRA2O/yKCE
h<TZJCt
    AANT q\~ #g.}
    AEC                                ! monitor feathered edges 0%dOi ko
    ACC                                ! and keep thicknesses less than 25.4 mm 3%5a&b
    M 89.6 1 A TOTL                    ! keep total lens length constant ,w3-*z
    M 0 50 A GIHT                    ! control distortion at full field S P YA 1 &9fQW?Czs
/s} "0/Y\
    M 0 50 A GIHT                    ! and at half field DIV CONST 2 [ 'lu;1-,
5af0- hj
    S P YA .5 ,(pp+hNq
y<E];ub
    M 0 20 A P HH .7                ! control telecentricity at 0.7 field r9OgezER
%l!?d`?
    GSO 0 0.1 5 M 0                    ! correct OPDs of ray grids at three fields GNO 0 0.05 4 M .7 Hd\V?#H
    GNO 0 0.05 4 M 1 END 9$HBKcO
>ItT269G
    SNAP                            ! get snapshot every iteration ^n(FO,8c
    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

jr?/wtw
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

CqlxE/|
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。）

Sb/?<$>
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

jJ$B^Y"4
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：

b;UBvwY_
    RLE ['=O>YY
    ID EXAMPLE LENS                                141 t.28IHJ
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 f?Zjd&|Ch
x?{UWh%
    CORDER    1    3    2 eV|N@
    APS                -11 ^EX"fRwNi
    TEMPERATURE        30.00000 ;rT'~?q
    WAP                 1 k8+J7(_c
    GTZ =#Sw.N
    UNITS MM sip4,>,E
    OBB    0.000000      15.20000    6.24500       -11.63722       0.00000     0.00000 UJI2L-;Ul
    6.24500 5p[}<I{
        0    AIR 0vm>*M*p
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 )OV0YfO
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 ?[Lk]A&"L2
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 d^aVP
        1    CTE    0.500000E-06 Kq3c Kp4
        1    GTB U    'FUSILICA    ' '6dVe2V
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR 1RYrUg"s"
        3    RAD    31.7420365099046    TH    4.89311077 \N*([{X
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 4=([v;fc
        3    CTE    0.806000E-05 2F:qaz
        3    GTB S    'N-LAF2    ' CLrX!JV>
        4    RAD    205.8474850968830    TH    6.35592001 AIR aZ4EcQ@-$]
        5    RAD    31.8551157618315    TH    1.39568729 e Wux
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 Z v@nK%#J
        5    CTE    0.710000E-05 2CzhaO
        5    GTB S    'N-BK7    ' W7qh1}_%
        6    RAD    12.9057883346246    TH    7.19477052 AIR nnv|GnQST
        7    RAD    -23.8475364230033    TH    1.00000000 *H QcI-
        7    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 ."$t&[;s
        7    CTE    0.710000E-05 ZZT #V%Q=u
        7    GTB S    'N-BK7    ' N;g@lyo
        8    RAD    18.0286949741191    TH    1.24241640 AIR F}nwTras
        9    RAD    21.7606620988429    TH    11.21030691 W "'6M=*
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 4b2d(x)0X
        9 CTE    0.710000E-05 eO!9;dJ
        9 GTB S    'N-BK7    ' ]y0Y(
        10    RAD    -27.0144706600627    TH    1.00000000 AIR SndR:{
        11    CV    0.0000000000000    TH    15.36917292 AIR !RI _Uph
        12    RAD    -221.0555600124851    TH    3.83402160 R@o&c%K"
        12    GLM    1.73264979        52.69907560 ? }M81
        13    RAD    -18.9307423606996    TH    1.00000000 AIR K;RH,o1
        14    RAD    -18.3189387535143    TH    1.00000790 jW'YQrj{<Y
        14    N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3    1.83114590 vgwpuRL5b
        14    CTE    0.846000E-05 cpQ5F;FI
        14    GTB S    'N-SF57    ' dJ"M#X!Zu
        15    RAD    77.6676600402005    TH    8.59463594    AIR ;77K&#1
        16    RAD    -98.5742040515266    TH    3.91807638 ` =>}*GS
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 RxP H[7oZ
        16    CTE    0.806000E-05 XnyN*}8
        16    GTB S    'N-LAF2    ' +=3=%%?C
        17    RAD    -31.6148606190401    TH    5.55657931    AIR W;vNmg}mn
        18    RAD    90.9510179315515    TH    5.93527419 3z8i0
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 Fv$tl)p*
        18    CTE    0.806000E-05 m{/7)2.
        18    GTB S    'N-LAF2    ' _?tpO61g>
        19    RAD    -60.9109375555036    TH    1.00003786    AIR Y sM*d
        19    CV    -0.01641741 OEW'bT)
        19    UMC    -0.14286000 /WuYg OI
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 .IeO+RDQ
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 j6m;03<|
        20    CTE    0.710000E-05 IVR%H_uz
        20    GTB S    'N-BK7    ' 1MN!
        21    RAD -1.1487695061324E+17    TH    43.52197472    AIR bv+u7B6,
        21    CV    -8.70496644E-18 4{P+p!4
        21    UMC    -0.14286000 3Ua?^2l
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR aFnel8
    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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