SYNOPSYS 光学设计软件课程五：改进另一个程序设计的透镜

!Z978Aub3&
7`;55Se
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。 R)% Jr.U
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。）

KI~BjP\e
RLE %Q:i6 ~
    ID EXAMPLE LENS    53 va \5
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 @/i;/$\
    CORDER    1    3    2 [t@
    APS                -11 PZZTRgVc
    TEMPERATURE        30.00000 7'pCFeA>=T
    WAP                3 et|QW;*L
    GTZ s[h& Uv"G
    UNITS MM K7 >Z)21
    OBB     0.000000  15.20000  6.24500  -13.54114  0.00000  0.00000 a nK7j2
    6.24500 C%8nr8po
MNURYA=
        0    AIR ,L ;ueAo
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 bp G`,[
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 Vy-N3L
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 Bbuy y
        1    CTE    0.500000E-06 6.? Ke8iC
        1    GTB U    'FUSILICA    ' ;O=tSEe
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR *B"p:F7J|
        3    RAD    31.3000000000000    TH    9.80000000 9-)D"ZhLe
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 $_s"16s
        3    CTE    0.806000E-05 tRU+6D <w
        3    GTB S    'N-LAF2    ' k.nq,
        4    RAD    111.9000000000000    TH    1.50000000 AIR P,y*H_@k
        5    RAD    28.2100000000000    TH    4.00000000 C?6wIdp
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 ssbvuTr
        5 CTE    0.710000E-05 yRt]i>
        5 GTB S    'N-BK7    ' |^jl^oW
        6    RAD    14.2600000000000    TH    8.50000000    AIR *FoH'\=
        7    RAD    -46.1600000000000    TH    3.40000000 @[{9B6NlV
        7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 6gz !K"S
        7 CTE    0.710000E-05 {+~}iF<%
        7 GTB S    'N-BK7    ' -*8|J;
        8 RAD    19.3000000000000    TH    3.00000000 AIR w"Gci~]bXU
        9 RAD    28.1400000000000    TH    4.80000000 MY>mP
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 hM~9p{O
        9 CTE    0.710000E-05 KF^5 C
        9 GTB S    'N-BK7    ' oujg( ^E
        10 RAD    -47.0000000000000    TH    1.00000000 AIR 'p3JYRT$
        11 CAO    4.90993000    0.00000000    0.00000000 ?wzE+p-
        11 CV    0.0000000000000    TH    13.20000000 AIR ZmSe>}B=
        12 RAD    -24.2000000000000    TH    3.20000000 @=CN#D12
        12 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 C3EQzr`
        12 CTE    0.846000E-05 9[yW&t;#
        12 GTB S    'N-SF57    ' ]PWK^-4P
        13    RAD    150.0000000000000    TH    1.20000000    AIR U .?N
        14    RAD    269.0000000000000    TH    10.00000000 )+;Xfftz
        14    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 gaFOm9y.e
        14    CTE    0.710000E-05 S]_iobWK
        14    GTB S    'N-BK7    ' M<h2+0(il
        15    RAD    -22.6200000000000    TH    1.00000000    AIR +OSF0#bj
        16    RAD    -1000.0000000000000    TH    6.70000000 X2CpA;#;7l
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 u-v/`F2wN
        16    CTE    0.806000E-05 R_?Q`+X
        16    GTB S    'N-LAF2    ' 5d?\>dA
        17    RAD    -48.1100000000000    TH    1.00000000    AIR ^FO&GM2a
        18    RAD    70.1900000000000    TH    6.20000000 [PXv8K%]p
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 IIj :\?r
        18    CTE    0.806000E-05 mdzUL d5J
        18    GTB S    'N-LAF2    ' Cp!bsasj
        19    RAD    -725.0000000000000    TH    2.00000000    AIR pZeJ$3@vk
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 -@=As00Bg
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 pi?$h"y7Q
        20    CTE    0.710000E-05 xWC*DKV
        20    GTB S    'N-BK7    ' 4i]h0_]
        21    CV    0.0000000000000    TH    36.90500000 AIR aK|],L
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR d8N{sT
    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：

$kAal26z
    CHG o5h*sQ9
    WAP 1                            ! keep entering beam diameter constant over field L!| `IK
    19 UMC -0.14286                    ! maintain F/number 7)-uYi] dA
    CFREE                            ! remove the clear aperture at the stop END {TOz}=R"3h
{JGXdp:SB
    PANT _&SST)Y|
    VY 0 YP1                        ! let the program find the best stop location ?1afW)`a.v
    VLIST RAD ALL                    ! all radii will change except 19 and the flat windows '&LH9r
    VLIST TH ALL EXCEPT 1 LB2        ! and all thicknesses except 1 and 20 rbw~Ml0
    END .ri?p:a}w
R+&{lc
    AANT TdKo"H*C
    AEC                                ! monitor feathered edges 2G&H[`
    ACC                                ! and keep thicknesses less than 25.4 mm M&SY2\\TB
    M 89.6 1 A TOTL                    ! keep total lens length constant [wkSY>Gu
    M 0 50 A GIHT                    ! control distortion at full field S P YA 1 z(dDX%k@
./qbWr`L
    M 0 50 A GIHT                    ! and at half field DIV CONST 2 cgV5{|P
J]ri|a
    S P YA .5 M`D`-vv
WF_24Mw
    M 0 20 A P HH .7                ! control telecentricity at 0.7 field 0Qr|!B:+9)
a/Ik^:>m
    GSO 0 0.1 5 M 0                    ! correct OPDs of ray grids at three fields GNO 0 0.05 4 M .7 bbG!Fg=qQ?
    GNO 0 0.05 4 M 1 END ],|;
Bk;/>gD
    SNAP                            ! get snapshot every iteration M2Zk1Z
    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

(.~,I+Cz'
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

$_+.D`vx`
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。）

QI4a@WB]ok
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

t@cImmh\T
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：

?UBhM,;XK
    RLE 9$=o({
    ID EXAMPLE LENS                                141 v"V?
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 +8 }p-<a
pP*`b<|
    CORDER    1    3    2 ;T|hNsSt
    APS                -11 ~+anI
    TEMPERATURE        30.00000 7NP Ny
    WAP                 1 $@eFSA5k,7
    GTZ *GC9o/
    UNITS MM OcZ8:`=%
    OBB    0.000000      15.20000    6.24500       -11.63722       0.00000     0.00000 v0W/7?D
    6.24500 L=)Arj@q
        0    AIR tS sDW!!M
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 WXX08"
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 P3+?gW'
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 ^ jT1q_0
        1    CTE    0.500000E-06 7rjS.
        1    GTB U    'FUSILICA    ' 9RnXp&w
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR ,H:{twc
        3    RAD    31.7420365099046    TH    4.89311077 89l{h8R
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 .WpvDDUK3
        3    CTE    0.806000E-05 }x+s5a;!3/
        3    GTB S    'N-LAF2    ' F:cenIaBF
        4    RAD    205.8474850968830    TH    6.35592001 AIR ?gl[=NV
        5    RAD    31.8551157618315    TH    1.39568729 S1E=EVG
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 EM0]"s@Lf
        5    CTE    0.710000E-05 UO8./%'
        5    GTB S    'N-BK7    ' DS>qth
        6    RAD    12.9057883346246    TH    7.19477052 AIR {"@E_{\
        7    RAD    -23.8475364230033    TH    1.00000000 ['\u?m
        7    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 '/GZ,~q
        7    CTE    0.710000E-05 &?#!%Ds
        7    GTB S    'N-BK7    ' c@)}zcw*
        8    RAD    18.0286949741191    TH    1.24241640 AIR p'YNj3&u
        9    RAD    21.7606620988429    TH    11.21030691 @1tv/W
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 .J.| S4D
        9 CTE    0.710000E-05 O>Ao#_*hOb
        9 GTB S    'N-BK7    ' XZ1WY(
        10    RAD    -27.0144706600627    TH    1.00000000 AIR sI#r3:?i
        11    CV    0.0000000000000    TH    15.36917292 AIR 6),VN>j
        12    RAD    -221.0555600124851    TH    3.83402160 VQ'DNv| 9
        12    GLM    1.73264979        52.69907560 K0z@gWGE
        13    RAD    -18.9307423606996    TH    1.00000000 AIR Q0-}!5`E1$
        14    RAD    -18.3189387535143    TH    1.00000790 bT#re
        14    N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3    1.83114590 Bw8&Amxx:
        14    CTE    0.846000E-05 N Uq'96{Y
        14    GTB S    'N-SF57    ' 0Lki(
        15    RAD    77.6676600402005    TH    8.59463594    AIR "%fvA;
        16    RAD    -98.5742040515266    TH    3.91807638 Q(7M_2e7
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 q3$;lLsb;j
        16    CTE    0.806000E-05 E|5lm
        16    GTB S    'N-LAF2    ' O/bpm-h`8c
        17    RAD    -31.6148606190401    TH    5.55657931    AIR mZb[Fi
        18    RAD    90.9510179315515    TH    5.93527419 i}}}x
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 E-XFW]I
        18    CTE    0.806000E-05 3m59EI-p
        18    GTB S    'N-LAF2    ' 3FpSo+
        19    RAD    -60.9109375555036    TH    1.00003786    AIR IiRII)
        19    CV    -0.01641741 v %GcNjZk5
        19    UMC    -0.14286000 +Rb0:r>kU
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 6<+8[o
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 *w_f-YoXp
        20    CTE    0.710000E-05 _ ZC[h~9H
        20    GTB S    'N-BK7    ' &a];"2
        21    RAD -1.1487695061324E+17    TH    43.52197472    AIR xXm:S{I
        21    CV    -8.70496644E-18 >5+]~[S
        21    UMC    -0.14286000 2$%E:J+2:$
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR u=9)A9
    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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