SYNOPSYS 光学设计软件课程五：改进另一个程序设计的透镜

8$=n j
GblA9F7
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。 J4hL_iCQ
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。）

+w`2kv
RLE RbB.q p
    ID EXAMPLE LENS    53 (g]!J_Z"
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 H_7/%noS5
    CORDER    1    3    2 2Ah#<k-gC;
    APS                -11 cVv=*81\
    TEMPERATURE        30.00000 \ #F
    WAP                3 : $1?i)
    GTZ ScOK)nL"
    UNITS MM gT.sjd
    OBB     0.000000  15.20000  6.24500  -13.54114  0.00000  0.00000 `7E;VL^Y1
    6.24500 <_L,t 1H{
B`)BZ,#p
        0    AIR K-)] 1BG
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 K8|r&`X0
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 h8q[1"a:
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 5Pc;5 o0C
        1    CTE    0.500000E-06 n&4N[Qlv,
        1    GTB U    'FUSILICA    ' ZDJ`qJ8V
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR o'aEY<mZ7
        3    RAD    31.3000000000000    TH    9.80000000 4\N;2N
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 x;.Jw6g
        3    CTE    0.806000E-05 rgQOj^xKv^
        3    GTB S    'N-LAF2    ' tKuwpT1Qc
        4    RAD    111.9000000000000    TH    1.50000000 AIR !?jrf] A@
        5    RAD    28.2100000000000    TH    4.00000000 $99n&t$Y
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 R%WCH?B<}
        5 CTE    0.710000E-05 n38p!oS
        5 GTB S    'N-BK7    ' 8FK/~,I
        6    RAD    14.2600000000000    TH    8.50000000    AIR !*&V-4
        7    RAD    -46.1600000000000    TH    3.40000000 s\(k<Ks
        7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 gs[uD5oo<
        7 CTE    0.710000E-05 7F7{)L
        7 GTB S    'N-BK7    ' ,-LwtePJ0
        8 RAD    19.3000000000000    TH    3.00000000 AIR M/'sl;
        9 RAD    28.1400000000000    TH    4.80000000 NNR`!Pty
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 :r,pqnH_
        9 CTE    0.710000E-05 e]"W!KcD9
        9 GTB S    'N-BK7    ' M)+H{5bt
        10 RAD    -47.0000000000000    TH    1.00000000 AIR 8^2oWC#U(
        11 CAO    4.90993000    0.00000000    0.00000000 Zn+.;o)E<
        11 CV    0.0000000000000    TH    13.20000000 AIR /t57!&
        12 RAD    -24.2000000000000    TH    3.20000000 TER=*"!
        12 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 N)|yu1S
        12 CTE    0.846000E-05 c|y(2K)o[=
        12 GTB S    'N-SF57    ' /4V#C-
        13    RAD    150.0000000000000    TH    1.20000000    AIR wu!59pL
        14    RAD    269.0000000000000    TH    10.00000000 BO;tCEV?
        14    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 85$m[+md
        14    CTE    0.710000E-05 O, wJR
        14    GTB S    'N-BK7    ' VBGuC c/
        15    RAD    -22.6200000000000    TH    1.00000000    AIR l"T44CL;
        16    RAD    -1000.0000000000000    TH    6.70000000 '~<m~UXvD#
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 rSk>
        16    CTE    0.806000E-05 Oh`69 k
        16    GTB S    'N-LAF2    ' ,j{,h_Op
        17    RAD    -48.1100000000000    TH    1.00000000    AIR py!|\00}
        18    RAD    70.1900000000000    TH    6.20000000 `/XY>T}-
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 +b<FO+E_
        18    CTE    0.806000E-05 &*,#5.
        18    GTB S    'N-LAF2    ' I\{ 1u
        19    RAD    -725.0000000000000    TH    2.00000000    AIR Y|f[bw
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 !8d{q)JZ
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 L:j<c5
        20    CTE    0.710000E-05 Xll}x+'uZK
        20    GTB S    'N-BK7    ' $?Hu#Kn,(
        21    CV    0.0000000000000    TH    36.90500000 AIR ?m}s4a
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR s}9S8@#
    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：

iDp)FQ$
    CHG @s;;O\
    WAP 1                            ! keep entering beam diameter constant over field |!3DPA(_
    19 UMC -0.14286                    ! maintain F/number XkE`U5.
    CFREE                            ! remove the clear aperture at the stop END qFCOUl
u<tbbKM
    PANT kWMl
    VY 0 YP1                        ! let the program find the best stop location M#4pE_G
    VLIST RAD ALL                    ! all radii will change except 19 and the flat windows mZS >O_E
    VLIST TH ALL EXCEPT 1 LB2        ! and all thicknesses except 1 and 20 yiXSYD
    END JxdDC^> 0
ifMRryN4
    AANT o4F2%0gJ
    AEC                                ! monitor feathered edges =vCY?I$P
    ACC                                ! and keep thicknesses less than 25.4 mm ) <[XtK
    M 89.6 1 A TOTL                    ! keep total lens length constant +ZaSM~
    M 0 50 A GIHT                    ! control distortion at full field S P YA 1 *SbMqASv4G
%op**@4/t\
    M 0 50 A GIHT                    ! and at half field DIV CONST 2 ]b:Lo
r"gJX
    S P YA .5 by1<[$8r
mA}TJz
    M 0 20 A P HH .7                ! control telecentricity at 0.7 field J9--tJ?[>o
L2[($l
    GSO 0 0.1 5 M 0                    ! correct OPDs of ray grids at three fields GNO 0 0.05 4 M .7 j|DsG,
    GNO 0 0.05 4 M 1 END mUAi4N
ed{ -/l~j
    SNAP                            ! get snapshot every iteration T?CdZc.
    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

j;+b0(53
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

xC?6v'
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。）

?8H8O %Z8
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

<6%?OJhp
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：

V@.Ior}w
    RLE CCs%%U/=
    ID EXAMPLE LENS                                141 <`8n^m*
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 d~])K#oJ
B-RjMxX4>
    CORDER    1    3    2 rm'SOJVA
    APS                -11 E<rp7~#
    TEMPERATURE        30.00000 ^)/0yB
    WAP                 1 sU<Wnz\[
    GTZ F>Ah0U0
    UNITS MM (q/e1L-S
    OBB    0.000000      15.20000    6.24500       -11.63722       0.00000     0.00000 EgEa1l!NSQ
    6.24500 wA ,6bj
        0    AIR d"1]4.c
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 4!{KWL`A
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 /aCc17>2V{
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 q~F|
        1    CTE    0.500000E-06 *g"Nq+i@
        1    GTB U    'FUSILICA    ' n-2]M05O
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR vQG5*pR*w
        3    RAD    31.7420365099046    TH    4.89311077 *}qWj_RT
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 f].h^~.q
        3    CTE    0.806000E-05 [-1^-bb
        3    GTB S    'N-LAF2    ' D(op)]8
        4    RAD    205.8474850968830    TH    6.35592001 AIR <18(
        5    RAD    31.8551157618315    TH    1.39568729 ,$L4dF3
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 kOrZv,qFG[
        5    CTE    0.710000E-05 F@7jx:tI
        5    GTB S    'N-BK7    ' #<"~~2?
        6    RAD    12.9057883346246    TH    7.19477052 AIR yf.~XUk^
        7    RAD    -23.8475364230033    TH    1.00000000 yNJ B oar
        7    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 F@jZ ho
        7    CTE    0.710000E-05 0cH`;!MZ
        7    GTB S    'N-BK7    ' e(;,`L\*
        8    RAD    18.0286949741191    TH    1.24241640 AIR wo{gG?B
        9    RAD    21.7606620988429    TH    11.21030691 LzKj=5'Y
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 ?3`UbN:
        9 CTE    0.710000E-05 ;u ({\K
        9 GTB S    'N-BK7    ' qH>d
        10    RAD    -27.0144706600627    TH    1.00000000 AIR @+2=g WH
        11    CV    0.0000000000000    TH    15.36917292 AIR [#vH'y
        12    RAD    -221.0555600124851    TH    3.83402160 X=&ET)8-Y
        12    GLM    1.73264979        52.69907560 x.6:<y
        13    RAD    -18.9307423606996    TH    1.00000000 AIR 13=AW
        14    RAD    -18.3189387535143    TH    1.00000790 ORw,)l
        14    N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3    1.83114590 CAWNDl4
        14    CTE    0.846000E-05 dt]-,Y
        14    GTB S    'N-SF57    ' ]y'>=a|T
        15    RAD    77.6676600402005    TH    8.59463594    AIR n0 {i&[I~+
        16    RAD    -98.5742040515266    TH    3.91807638 s~g *@K>+
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 xGg )Y#
        16    CTE    0.806000E-05 j{A y\n(
        16    GTB S    'N-LAF2    ' .@U@xRu7|
        17    RAD    -31.6148606190401    TH    5.55657931    AIR E6ElNgL
        18    RAD    90.9510179315515    TH    5.93527419 HyZqUbHa
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 J=I:CD%
        18    CTE    0.806000E-05 S`0(*A[W*
        18    GTB S    'N-LAF2    ' 0R'?~`aTt
        19    RAD    -60.9109375555036    TH    1.00003786    AIR xF'EiX~
        19    CV    -0.01641741 .j0$J\:i
        19    UMC    -0.14286000 IY\5@PVZ
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 %_W)~Pv{+
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 >uhaW@d
        20    CTE    0.710000E-05 9IfmW^0
        20    GTB S    'N-BK7    ' h2]P]@nW;W
        21    RAD -1.1487695061324E+17    TH    43.52197472    AIR qiD@'Va\
        21    CV    -8.70496644E-18 :KP@RZm
        21    UMC    -0.14286000 jcf7n`L
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR oQVgyj.
    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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