SYNOPSYS 光学设计软件课程五：改进另一个程序设计的透镜
&NbSG+t
[(.lfa P
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。 ' dv(
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。）  s&wm^ R
RLE ,:V[H8 ?
ID EXAMPLE LENS 53 >%n6n! "
WAVL .7150000 .7100000 .7050000 WU.ee iX
CORDER 1 3 2 u09D` QPP]
APS -11 MI.OOoP 3a
TEMPERATURE 30.00000 AI, E9
WAP 3 3hzz*9/n
GTZ :`<MlX
UNITS MM p!<P Rms@
OBB 0.000000 15.20000 6.24500 -13.54114 0.00000 0.00000 q6%m .X7
6.24500 %N\8!aXnf
5>=4$!`
0 AIR 04}c_XFFE
1 CV 0.0000000000000 TH 4.50000000 /7Q9(}
1 N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 oJ#;X R
1 DNDT 1.090E-05 9.960E-06 9.700E-06 3.65000E-01 2 uF'\y
1 CTE 0.500000E-06 8)83j6VF
1 GTB U 'FUSILICA ' S T4[d'|j
2 CV 0.0000000000000 TH 1.00000000 AIR }?O>.W,/
3 RAD 31.3000000000000 TH 9.80000000 [<Mls@?
3 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 9o]!D,u8=5
3 CTE 0.806000E-05 e<~bD F H
3 GTB S 'N-LAF2 ' 1:u~T@;" `
4 RAD 111.9000000000000 TH 1.50000000 AIR #H5 +8W
5 RAD 28.2100000000000 TH 4.00000000 aqQ
U7
5 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 "tDB[?
5 CTE 0.710000E-05 B&EUvY '
5 GTB S 'N-BK7 ' whGtVx|zR
6 RAD 14.2600000000000 TH 8.50000000 AIR +vV?[e
7 RAD -46.1600000000000 TH 3.40000000 ,.;{J|4P
7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 >rYMOC~
7 CTE 0.710000E-05 6\y?+H1
7 GTB S 'N-BK7 ' 7x*C`
Et<x
8 RAD 19.3000000000000 TH 3.00000000 AIR yD0DPtti
9 RAD 28.1400000000000 TH 4.80000000 gnf4H
V~
9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 F& lSRL+v
9 CTE 0.710000E-05 |f$gQI!X W
9 GTB S 'N-BK7 ' * fLVzYpo
10 RAD -47.0000000000000 TH 1.00000000 AIR Sg \+al7
11 CAO 4.90993000 0.00000000 0.00000000 ,WAJ&
'^
11 CV 0.0000000000000 TH 13.20000000 AIR /NuO>kQa
12 RAD -24.2000000000000 TH 3.20000000 5)->.* G*
12 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 ? -<>he
12 CTE 0.846000E-05 F9r|EU#;
12 GTB S 'N-SF57 ' uw@-.N^
13 RAD 150.0000000000000 TH 1.20000000 AIR bJyn UZ
14 RAD 269.0000000000000 TH 10.00000000 6;M{ suG|
14 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 e YiqT Wn:
14 CTE 0.710000E-05 ~{{ 7y]3M-
14 GTB S 'N-BK7 ' (SA^ > r
15 RAD -22.6200000000000 TH 1.00000000 AIR $"6Gv
16 RAD -1000.0000000000000 TH 6.70000000 H}8kku>7
16 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 {qs>yQ6a:-
16 CTE 0.806000E-05 xl c2,L;i
16 GTB S 'N-LAF2 ' vSCJ xSt#e
17 RAD -48.1100000000000 TH 1.00000000 AIR f' Oj01[
18 RAD 70.1900000000000 TH 6.20000000 Qr-,J_
18 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 F8\JL %
18 CTE 0.806000E-05 }z2[w@M
18 GTB S 'N-LAF2 ' A yOy&]g
19 RAD -725.0000000000000 TH 2.00000000 AIR 8}Q 2!,9Q
20 CV 0.0000000000000 TH 3.60000000 D23 c/8K
20 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 SXNde@%
{
20 CTE 0.710000E-05 ? 0:=+%.
20 GTB S 'N-BK7 ' f$ --y|=
21 CV 0.0000000000000 TH 36.90500000 AIR oS<*\!&D
22 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR D&DbxTi
END
| 1a}p
p]7IoO
-@
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。 yMpZ-b$*~
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。 .
\8"f]~
这是我们的优化MACro： f7;<jj;w7
CHG <2N=c H'
WAP 1 ! keep entering beam diameter constant over field \ AB)L{
19 UMC -0.14286 ! maintain F/number ` :Oje
CFREE ! remove the clear aperture at the stop END ~*e@^Nv)v
_KZ TY`/*
PANT K.b :ae^k
VY 0 YP1 ! let the program find the best stop location WfYG#!}x
VLIST RAD ALL ! all radii will change except 19 and the flat windows %{? 9#))
VLIST TH ALL EXCEPT 1 LB2 ! and all thicknesses except 1 and 20 E9'
2_e
END 7}pg7EF3z
x]IJ ;
AANT &7r a
AEC ! monitor feathered edges }: !X@C~
ACC ! and keep thicknesses less than 25.4 mm z:&/O&?
M 89.6 1 A TOTL ! keep total lens length constant D J7U6{KLq
M 0 50 A GIHT ! control distortion at full field S P YA 1 fT
YlI T9
bKE iS8x
M 0 50 A GIHT ! and at half field DIV CONST 2 HI, `O
wR"17z7[]
S P YA .5 K{ntl-D&y
thE9fr/
M 0 20 A P HH .7 ! control telecentricity at 0.7 field eYev j[c;
bL5u;iy)
GSO 0 0.1 5 M 0 ! correct OPDs of ray grids at three fields GNO 0 0.05 4 M .7 3u<
ntx ><
GNO 0 0.05 4 M 1 END S F da?>
8d&%H,
SNAP ! get snapshot every iteration pm[+xM9PB
SYNO 30 ! optimize for 30 cycles. h05<1>?|
x0lAJaG
（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。） e%IbM E]x
我们进行优化，然后运行模拟退火几个周期。 透镜有所改善。
?P/73p
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 5kojh _\
AED 3 Q 3 19 ! find which element to delete between surfaces 3 and 19. oc#hAjB.
(O& HCT|
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）。 :#D~j]pP
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？ oVW>PEgB-
为此，我们将AED线更改为 [2!C ^ \t
AEI 3 3 17 0 ! insert one element between surfaces 3 and 17. 7`&6l+S|
yJ ;Qe_up
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。） &=XK:+
CORE nb tYhco V
p6r yUJc6
在MACro的顶部，其中nb是核心数。 这将以更快的速度运行AEI。） Mq_P'/
程序在表面12之前插入了一个元件。我们添加一个新变量 s'bTP(wl9
VY 12 GLM n cTMcu
Y~?Z'uR
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。 &y7xL-xP
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：  wJ"]H! r0
RLE c0;rvw7
ID EXAMPLE LENS 141 "2p\/VfA
WAVL .7150000 .7100000 .7050000 @Gy .p5J8
amQTPNI
CORDER 1 3 2 ^]Z@H/]H
APS -11 WQbjq}RfI
TEMPERATURE 30.00000 '8(UiB5d
WAP 1 X #zp,7j?
GTZ S)/548=`
UNITS MM G& YcXyH
OBB 0.000000 15.20000 6.24500 -11.63722 0.00000 0.00000 qh6rMqq
6.24500 hDQk z qW
0 AIR ZB} A^X
1 CV 0.0000000000000 TH 4.50000000 JpxQS~VX
1 N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 t0Jqr)9}6
1 DNDT 1.090E-05 9.960E-06 9.700E-06 3.65000E-01 #Tt*NU
1 CTE 0.500000E-06 D4uAwm c
1 GTB U 'FUSILICA ' ]&dPY[~,/i
2 CV 0.0000000000000 TH 1.00000000 AIR ;--D?Gs]Qr
3 RAD 31.7420365099046 TH 4.89311077 y~su1wUp
3 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 ap2g^lQXq
3 CTE 0.806000E-05 "h|kf%
W
3 GTB S 'N-LAF2 ' p}5413z5Z=
4 RAD 205.8474850968830 TH 6.35592001 AIR L\t_ zf_0
5 RAD 31.8551157618315 TH 1.39568729 `5rfO6 ;
5 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 xLfv:Rp
5 CTE 0.710000E-05 !Ce!D0Tx
5 GTB S 'N-BK7 ' sZ;Gb^{Z
6 RAD 12.9057883346246 TH 7.19477052 AIR USS%T<Vk
7 RAD -23.8475364230033 TH 1.00000000 hljKBx ~
7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 !~vx|_$#
7 CTE 0.710000E-05 %wI)uJ2
7 GTB S 'N-BK7 ' o\; hF3
8 RAD 18.0286949741191 TH 1.24241640 AIR 29m$S 7[
9 RAD 21.7606620988429 TH 11.21030691 Eggu-i(rD
9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 f1;@a>X
9 CTE 0.710000E-05 "_&c[VptWi
9 GTB S 'N-BK7 ' B*w]y L(
10 RAD -27.0144706600627 TH 1.00000000 AIR X8-x$07)
11 CV 0.0000000000000 TH 15.36917292 AIR X$6QQnyR
12 RAD -221.0555600124851 TH 3.83402160 6>
z{xYat
12 GLM 1.73264979 52.69907560 f re 5{=@
13 RAD -18.9307423606996 TH 1.00000000 AIR F ^aD#
14 RAD -18.3189387535143 TH 1.00000790 7(a1@ V H
14 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 Nh} u]<B
14 CTE 0.846000E-05 #dD0vYT&od
14 GTB S 'N-SF57 ' $G5:/,Q
15 RAD 77.6676600402005 TH 8.59463594 AIR WuFBt=%
16 RAD -98.5742040515266 TH 3.91807638 _: WNk(
16 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 0L1sF'ZN
16 CTE 0.806000E-05 Yl:[b{Py
16 GTB S 'N-LAF2 ' jA[Ir 3
17 RAD -31.6148606190401 TH 5.55657931 AIR 29VX-45
18 RAD 90.9510179315515 TH 5.93527419 m l@% H
18 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 *'-t_F';
18 CTE 0.806000E-05 e+D]9wM8
18 GTB S 'N-LAF2 ' K+XUC
19 RAD -60.9109375555036 TH 1.00003786 AIR m7C!}l]9
19 CV -0.01641741 ,D]g]#Lq
19 UMC -0.14286000 3HW&\:q5'M
20 CV 0.0000000000000 TH 3.60000000 ts}OE
20 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 ewHs ]V+U
20 CTE 0.710000E-05 r|
)45@
20 GTB S 'N-BK7 ' DdU w~n,
21 RAD -1.1487695061324E+17 TH 43.52197472 AIR kFC * ,
21 CV -8.70496644E-18 -sZb+2tDa
21 UMC -0.14286000 nMfR< %r
22 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR {
0&l*@c&
END ';My"/
Z-
j"aY\cLr t
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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