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optics1210 2018-08-20 15:26

SYNOPSYS 光学设计软件课程五：改进另一个程序设计的透镜

Q'Osw"  
~a`[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。 #YE?&5t  
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。）

<a @7's  
RLE Dn 0L%?_   
    ID EXAMPLE LENS    53 . c+m(Pk  
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 |zpy!X3  
    CORDER    1    3    2 *kFd#b+xB  
    APS                -11 k !0O[U  
    TEMPERATURE        30.00000 ;6[6~L%K}  
    WAP                3 j0; ~2W#G*  
    GTZ `HXv_9  
    UNITS MM '%[ Y  
    OBB     0.000000  15.20000  6.24500  -13.54114  0.00000  0.00000 n*wQgC'vw  
    6.24500 tSJ#  
#[{{&sN  
        0    AIR ya8p 4N{_  
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 S7f.^8  
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 m.Zy$SDj(  
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 'QT~o-U  
        1    CTE    0.500000E-06 }]o8}$&(  
        1    GTB U    'FUSILICA    ' B=a+cT  
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR [StnKQ?"wz  
        3    RAD    31.3000000000000    TH    9.80000000 oR2?$KF   
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 xyk%\&"7  
        3    CTE    0.806000E-05 7b>_vtrt  
        3    GTB S    'N-LAF2    ' /x ?@M n>  
        4    RAD    111.9000000000000    TH    1.50000000 AIR 6-_g1vq  
        5    RAD    28.2100000000000    TH    4.00000000 %%s)D4sW  
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 1#,4P1"  
        5 CTE    0.710000E-05 `5?0yXK  
        5 GTB S    'N-BK7    ' ITw *m3  
        6    RAD    14.2600000000000    TH    8.50000000    AIR .))j R:{3  
        7    RAD    -46.1600000000000    TH    3.40000000 2lpPN[~d  
        7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 s"=TM$Vb  
        7 CTE    0.710000E-05 ,Zn6T"[$  
        7 GTB S    'N-BK7    ' \(i'iC  
        8 RAD    19.3000000000000    TH    3.00000000 AIR Gg'!(]v  
        9 RAD    28.1400000000000    TH    4.80000000 h8`On/Ur_8  
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 @Z ==B%`  
        9 CTE    0.710000E-05 l2St)`K8  
        9 GTB S    'N-BK7    ' .t1:;H b  
        10 RAD    -47.0000000000000    TH    1.00000000 AIR 3)EJws!  
        11 CAO    4.90993000    0.00000000    0.00000000 wG[n wt0L  
        11 CV    0.0000000000000    TH    13.20000000 AIR ,6;n[p"h|r  
        12 RAD    -24.2000000000000    TH    3.20000000 RQQ' Wg  
        12 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 bQautRW  
        12 CTE    0.846000E-05 8)1q,[:M  
        12 GTB S    'N-SF57    ' '/u|32  
        13    RAD    150.0000000000000    TH    1.20000000    AIR mxgT}L0i  
        14    RAD    269.0000000000000    TH    10.00000000 6 H P 66B  
        14    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 4)w,gp  
        14    CTE    0.710000E-05  \nEMj,)  
        14    GTB S    'N-BK7    ' tVAo o-%  
        15    RAD    -22.6200000000000    TH    1.00000000    AIR 'r]6 GC8Z$  
        16    RAD    -1000.0000000000000    TH    6.70000000 F}u'A,Hc  
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 &6vaLx  
        16    CTE    0.806000E-05 9Y.(xp &vw  
        16    GTB S    'N-LAF2    ' (a_bU5)  
        17    RAD    -48.1100000000000    TH    1.00000000    AIR -4Hb]#*2  
        18    RAD    70.1900000000000    TH    6.20000000 ~6t!)QATnp  
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 a -Pz<*  
        18    CTE    0.806000E-05 e&z@yy$  
        18    GTB S    'N-LAF2    ' \.mVLLtG  
        19    RAD    -725.0000000000000    TH    2.00000000    AIR e n~m)r3&  
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 wPM>-F  
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 ]%A> swCpn  
        20    CTE    0.710000E-05 Q^f{H.  
        20    GTB S    'N-BK7    ' wH o}wp  
        21    CV    0.0000000000000    TH    36.90500000 AIR l'(FM^8jv  
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR <4Gy~?  
    END
RdPk1?}K  
Xb%Q%"?~  
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。 %cSx`^`6j  
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。 J]TqH`MA  
这是我们的优化MACro：
^ 0YQlT98  
    CHG O"'xAPQW  
    WAP 1                            ! keep entering beam diameter constant over field dHIk3j-!  
    19 UMC -0.14286                    ! maintain F/number B%6cgm,  
    CFREE                            ! remove the clear aperture at the stop END S9l,P-X`  
s<{ Hu0K$  
    PANT .m]}Ba}J$  
    VY 0 YP1                        ! let the program find the best stop location |)!f".`  
    VLIST RAD ALL                    ! all radii will change except 19 and the flat windows o+Jnn"8  
    VLIST TH ALL EXCEPT 1 LB2        ! and all thicknesses except 1 and 20 q|<B9Jk  
    END 33DP?nI}  
csW\Q][  
    AANT o9e8Oj&  
    AEC                                ! monitor feathered edges =Mx"+/Yo*  
    ACC                                ! and keep thicknesses less than 25.4 mm y-3'qq'E  
    M 89.6 1 A TOTL                    ! keep total lens length constant $97O7j@  
    M 0 50 A GIHT                    ! control distortion at full field S P YA 1  J| N 6r  
V,rc&97  
    M 0 50 A GIHT                    ! and at half field DIV CONST 2  c`xNTr01  
F~6]II  
    S P YA .5 *,Bm:F<m  
0]SWyC :  
    M 0 20 A P HH .7                ! control telecentricity at 0.7 field vIJ5iLF  
!*:g??[T  
    GSO 0 0.1 5 M 0                    ! correct OPDs of ray grids at three fields GNO 0 0.05 4 M .7 Ge`7`D>L  
    GNO 0 0.05 4 M 1 END j_2g*lQ7a  
)oCL![^pXe  
    SNAP                            ! get snapshot every iteration jcqUY+T$  
    SYNO 30                            ! optimize for 30 cycles.
id:,\iJ  
ym{@w3"S  
（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。） :o8`2Z*g  
我们进行优化，然后运行模拟退火几个周期。 透镜有所改善。
xJ$uoy3+  
现在让我们使用一些强大的工具。 首先，我们运行自动元件删除功能。 这会找到可以移除的元件，而对评价函数的性能降低最小。 为此，我们只需添加该行命令
2%WeB/)9  
   AED 3 Q 3 19    ! find which element to delete between surfaces 3 and 19.
'l^Bb#)"  
;=,-C ;`  
将该命令加到PANT命令之前，然后重新优化。 该程序显示可以移除表面14处的镜片。 我们允许它删除该元件，然后对其进行优化和模拟退火（在注释掉AED行之后，我们不会删除另一个元件或删除顶部的CHG文件）。
yDqwz[v b  
正如预期的那样，透镜性能有所下降，但仍然不错。 现在我们将使用元件自动插入功能，以查看透镜是否会恢复到以前的镜片数，结果是否比起始透镜更好？ <5E'`T  
为此，我们将AED线更改为
P6GTgQ<'BA  
    AEI 3 3 17 0    ! insert one element between surfaces 3 and 17.
zj r($?  
6#U~>r/  
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。）
F&6#j  
    CORE nb
)<V!lsUx'-  
(O J/u)W^  
在MACro的顶部，其中nb是核心数。 这将以更快的速度运行AEI。） Nl YFS?5  
程序在表面12之前插入了一个元件。我们添加一个新变量
Vx<{cHQQ  
    VY 12 GLM
$^fF}y6N  
Nmx\qJUR(  
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。
AHs%?5YTY;  
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：
IB# ua:  
    RLE 'df@4}9  
    ID EXAMPLE LENS                                141 TI3xt-/  
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 lknj/i5L  
I?D=Q $s  
    CORDER    1    3    2 a&G{3#l  
    APS                -11 `>\ ~y1  
    TEMPERATURE        30.00000 "&SE!3*m`I  
    WAP                 1 Q(<A Yu  
    GTZ |I1,9ex  
    UNITS MM KOe]JDU  
    OBB    0.000000      15.20000    6.24500       -11.63722       0.00000     0.00000 |[n\'Xy;{  
    6.24500 I7Kgi3  
        0    AIR 2j4202  
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 4-[U[JJc  
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 !PoyM[Z"f  
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 QswPga(-  
        1    CTE    0.500000E-06 ti GH#~?  
        1    GTB U    'FUSILICA    ' LNJKf6:  
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR XwEMF5[  
        3    RAD    31.7420365099046    TH    4.89311077 sRT5i9TQ  
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 hvTc( 0;mB  
        3    CTE    0.806000E-05 {s@!N  
        3    GTB S    'N-LAF2    ' ;sA 5&a>!  
        4    RAD    205.8474850968830    TH    6.35592001 AIR {G=>WAXo  
        5    RAD    31.8551157618315    TH    1.39568729 f ] *w1  
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 ;s,1/ kA  
        5    CTE    0.710000E-05 vULDKJNHX  
        5    GTB S    'N-BK7    ' l1zPL3"u_^  
        6    RAD    12.9057883346246    TH    7.19477052 AIR LiHJm-  
        7    RAD    -23.8475364230033    TH    1.00000000 !N+{X\+  
        7    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 gAvNm[=wD2  
        7    CTE    0.710000E-05 +>1Yp">?  
        7    GTB S    'N-BK7    ' )Mq4p'*A[  
        8    RAD    18.0286949741191    TH    1.24241640 AIR "n3n-Y#'  
        9    RAD    21.7606620988429    TH    11.21030691 ~uY5~Qs9G  
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 "T /$K  
        9 CTE    0.710000E-05 O~8jz  
        9 GTB S    'N-BK7    ' -U> )B  
        10    RAD    -27.0144706600627    TH    1.00000000 AIR uq6>K/~D  
        11    CV    0.0000000000000    TH    15.36917292 AIR |7|'J Ty  
        12    RAD    -221.0555600124851    TH    3.83402160 GKg #nXS  
        12    GLM    1.73264979        52.69907560 fR;[??NH  
        13    RAD    -18.9307423606996    TH    1.00000000 AIR TQt[he$O  
        14    RAD    -18.3189387535143    TH    1.00000790 >Heuf"V  
        14    N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3    1.83114590 6@0? ~  
        14    CTE    0.846000E-05 H '5zl^8I  
        14    GTB S    'N-SF57    ' _Iy)p{y  
        15    RAD    77.6676600402005    TH    8.59463594    AIR q) 5s'(  
        16    RAD    -98.5742040515266    TH    3.91807638 @QJPcF"  
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 /!&eP3^  
        16    CTE    0.806000E-05 De$Ic"Z9L  
        16    GTB S    'N-LAF2    ' hHMp=8J7  
        17    RAD    -31.6148606190401    TH    5.55657931    AIR tWZ8(E$  
        18    RAD    90.9510179315515    TH    5.93527419 uuHs)  
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 (Z@- e^R  
        18    CTE    0.806000E-05 -{L 7%j|R  
        18    GTB S    'N-LAF2    ' $!'Vn)Z7  
        19    RAD    -60.9109375555036    TH    1.00003786    AIR y1Br4K5C  
        19    CV    -0.01641741 meB9 :w[m  
        19    UMC    -0.14286000 #( 4)ps.  
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 Y]&2E/oc  
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 l;z+E_sQ  
        20    CTE    0.710000E-05 3KD:JKn^  
        20    GTB S    'N-BK7    ' (8S+-k?  
        21    RAD -1.1487695061324E+17    TH    43.52197472    AIR y\6C9%.  
        21    CV    -8.70496644E-18 Ktuv a3=>N  
        21    UMC    -0.14286000 `aMnTF5:  
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR yYJ +vs  
    END
IL&R&8'  
?)qm=mebY  
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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