SYNOPSYS 光学设计软件课程五：改进另一个程序设计的透镜
sEJC-$
Gh.[dF?
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。 p Z: F:
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。）  BZ!v%4^9
RLE \%]I{
ID EXAMPLE LENS 53 *z*uEcitW
WAVL .7150000 .7100000 .7050000 >TkE~7?l
CORDER 1 3 2 aFz5 leD
APS -11 myl+J;,]
TEMPERATURE 30.00000 H,nec<Jp
WAP 3 *37uy_Ep V
GTZ w- wV3Q6X
UNITS MM scLn=
OBB 0.000000 15.20000 6.24500 -13.54114 0.00000 0.00000 9RN-suE[
6.24500 Od4E x;F
FC i U
0 AIR J_ x13EaV0
1 CV 0.0000000000000 TH 4.50000000 nD5 gP
1 N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 $6OkIP.
1 DNDT 1.090E-05 9.960E-06 9.700E-06 3.65000E-01 n!p<A .O7@
1 CTE 0.500000E-06 'u4<BQVV[
1 GTB U 'FUSILICA ' OxI/%yv-c
2 CV 0.0000000000000 TH 1.00000000 AIR "#[!/\=?:
3 RAD 31.3000000000000 TH 9.80000000 )E @ A0 W
3 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 <:SZAAoIV
3 CTE 0.806000E-05 -gSUjP
3 GTB S 'N-LAF2 ' 3 5E _W>n
4 RAD 111.9000000000000 TH 1.50000000 AIR h 3]wL.V
5 RAD 28.2100000000000 TH 4.00000000 %?e& WLS
5 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 At7>V-f}
5 CTE 0.710000E-05 ; ;L[e]Z
5 GTB S 'N-BK7 ' ):i&`}SY
6 RAD 14.2600000000000 TH 8.50000000 AIR O+y-}7 YX
7 RAD -46.1600000000000 TH 3.40000000 L#E]
BY
7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 Ty vtm x M
7 CTE 0.710000E-05 / "eey(X
7 GTB S 'N-BK7 ' JSW^dw&
8 RAD 19.3000000000000 TH 3.00000000 AIR u%w`:v7Yo(
9 RAD 28.1400000000000 TH 4.80000000 B!vmQR*1
9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 =-IbS}3
9 CTE 0.710000E-05 C(00<~JC
9 GTB S 'N-BK7 ' (h >-&.`&
10 RAD -47.0000000000000 TH 1.00000000 AIR uc;8 K,[t
11 CAO 4.90993000 0.00000000 0.00000000 ek#O3O z
11 CV 0.0000000000000 TH 13.20000000 AIR I 'V4D[H5
12 RAD -24.2000000000000 TH 3.20000000 N5a*7EJv+
12 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 :2
*g~6
12 CTE 0.846000E-05 x>Zn?YR,"
12 GTB S 'N-SF57 ' WZ.@UN,
13 RAD 150.0000000000000 TH 1.20000000 AIR zT!drq: x
14 RAD 269.0000000000000 TH 10.00000000 |&RU/ a
14 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 rg^'S1x|
14 CTE 0.710000E-05 `DV.+>O-1
14 GTB S 'N-BK7 ' <YdE1{fm
15 RAD -22.6200000000000 TH 1.00000000 AIR
TWA-.>c
16 RAD -1000.0000000000000 TH 6.70000000 V5UF3'3;}
16 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 _f$^%?^
16 CTE 0.806000E-05 <StN%2WQ1
16 GTB S 'N-LAF2 ' < 1uZa
17 RAD -48.1100000000000 TH 1.00000000 AIR Zl^\Q=*s
18 RAD 70.1900000000000 TH 6.20000000 B} l vr-c#
18 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 Mu+0<>
18 CTE 0.806000E-05 OCNQvF~
18 GTB S 'N-LAF2 ' i bj87K
19 RAD -725.0000000000000 TH 2.00000000 AIR wne,e's}
20 CV 0.0000000000000 TH 3.60000000
OX\A|$GS
20 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 - *1J f&
20 CTE 0.710000E-05 >m$1Xx4#GV
20 GTB S 'N-BK7 ' 9[<)WQe6M
21 CV 0.0000000000000 TH 36.90500000 AIR 3kybLO G
22 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR >CHrg]9
END &L=suD e
17%Mw@+
该透镜在近红外光工作，工作数 F / 3.5，且是远心的，具有低畸变，受衍射限制。 初步评价，这种设计并不差，只有不到1/4波长的像差。 %nf6%@s
视场上的最大畸变刚刚超过½微米，远心距离的最大偏差约为0.01弧度。 性能还不错- 但如果我们能够进一步提高它的性能，这将为我们提供更多的公差余地。 \W~ N
这是我们的优化MACro： ,J+}rPe"sf
CHG i<#QW 'R (
WAP 1 ! keep entering beam diameter constant over field LY%WD%pL
19 UMC -0.14286 ! maintain F/number aAD^^l#
CFREE ! remove the clear aperture at the stop END 4K\G16'$v
~E17L]ete
PANT -XB/lnG
VY 0 YP1 ! let the program find the best stop location l3)} qu
VLIST RAD ALL ! all radii will change except 19 and the flat windows ]'&LGA`
VLIST TH ALL EXCEPT 1 LB2 ! and all thicknesses except 1 and 20 ;ub;l h 3
END HiZ* +T.B
I tNz}4o|d
AANT uvkz'R=
AEC ! monitor feathered edges I G2r#N|C#
ACC ! and keep thicknesses less than 25.4 mm H?yK~bGQ
M 89.6 1 A TOTL ! keep total lens length constant %)1y AdG
8
M 0 50 A GIHT ! control distortion at full field S P YA 1 ~%<X0s|
i@*{27t
M 0 50 A GIHT ! and at half field DIV CONST 2 G<65H+)M\
(A9Fhun
S P YA .5 *4\:8
s6 uG`F"
M 0 20 A P HH .7 ! control telecentricity at 0.7 field OP[ @k
t}r ' k/[
GSO 0 0.1 5 M 0 ! correct OPDs of ray grids at three fields GNO 0 0.05 4 M .7 aTH{'mN
GNO 0 0.05 4 M 1 END marQ NZ
p`olCp'
SNAP ! get snapshot every iteration P3x8UR=fS
SYNO 30 ! optimize for 30 cycles. Tp?7_}tRi
b RFLcM
（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。） 3l rT3a3vV
我们进行优化，然后运行模拟退火几个周期。 透镜有所改善。 'j#*6xD
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 dqU~`b9
AED 3 Q 3 19 ! find which element to delete between surfaces 3 and 19. XO.jl" xu
W=N+VqK
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）。 fDv2JdiU
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？ -*1d!
为此，我们将AED线更改为 ^O?/yV?4c
AEI 3 3 17 0 ! insert one element between surfaces 3 and 17. ~~D{spMVO
Yl
Zso2
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。）
dm\F
CORE nb ha]VWt%}
zu_8># i-
在MACro的顶部，其中nb是核心数。 这将以更快的速度运行AEI。） o_izl \
程序在表面12之前插入了一个元件。我们添加一个新变量 Ri<u/ ]oR"
VY 12 GLM ^UP`%egR
0yk] o5a++
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。 ^pp\bVh2Q]
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：  Kn5~d(:
RLE ER%^!xA
ID EXAMPLE LENS 141 >FeX<L
WAVL .7150000 .7100000 .7050000 3#LlDC_WC
qU \w=
CORDER 1 3 2 Kg{+T`
APS -11 T$8)u'-pa
TEMPERATURE 30.00000 w'>p Y
WAP 1 =Qy<GeY
GTZ j` {?OYD
UNITS MM ^um<bWNc
OBB 0.000000 15.20000 6.24500 -11.63722 0.00000 0.00000 <$D`Z-6
6.24500 L^1NY3=$
0 AIR aC]$k'71
1 CV 0.0000000000000 TH 4.50000000 LQ@"Xe]5
1 N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 hZm"t/aKc
1 DNDT 1.090E-05 9.960E-06 9.700E-06 3.65000E-01 LP. ]9 ut
1 CTE 0.500000E-06 5?f ^Rz
1 GTB U 'FUSILICA ' ^
gd aa>L
2 CV 0.0000000000000 TH 1.00000000 AIR 0Um2DjTCG
3 RAD 31.7420365099046 TH 4.89311077 ^} RCoE
3 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 /T"+KU*
3 CTE 0.806000E-05 t*p71U4+I
3 GTB S 'N-LAF2 ' p?02C# p
4 RAD 205.8474850968830 TH 6.35592001 AIR lov!o: dJ
5 RAD 31.8551157618315 TH 1.39568729 $zU P?Gq!
5 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 Kew@&j~
5 CTE 0.710000E-05 " s,1%Ltt
5 GTB S 'N-BK7 ' ?e%ZOI
6 RAD 12.9057883346246 TH 7.19477052 AIR dn& s *
7 RAD -23.8475364230033 TH 1.00000000 8'[~ 2/
7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 FUiRTRIYe
7 CTE 0.710000E-05 0 j^Kgx
7 GTB S 'N-BK7 ' atj (eg
8 RAD 18.0286949741191 TH 1.24241640 AIR -{("mR&]
9 RAD 21.7606620988429 TH 11.21030691 N:^n('U&j
9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 AzPu)
9 CTE 0.710000E-05 y#`tgJ:
9 GTB S 'N-BK7 ' &eJfGt5
10 RAD -27.0144706600627 TH 1.00000000 AIR @ JGP,445
11 CV 0.0000000000000 TH 15.36917292 AIR F/ ]2G^-
12 RAD -221.0555600124851 TH 3.83402160 2_>N/Z4T
12 GLM 1.73264979 52.69907560 ~?l |
[
13 RAD -18.9307423606996 TH 1.00000000 AIR b]e"1Y)D-
14 RAD -18.3189387535143 TH 1.00000790 QRw"H 8nW
14 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 ."g`3tVK
14 CTE 0.846000E-05 }H53~@WP>
14 GTB S 'N-SF57 ' r-,%2y?
15 RAD 77.6676600402005 TH 8.59463594 AIR gM&{=WDG6
16 RAD -98.5742040515266 TH 3.91807638 U svl}{L[
16 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 :'Vf
g[Uq
16 CTE 0.806000E-05 [z:!j$K
16 GTB S 'N-LAF2 ' <|HV. O/!
17 RAD -31.6148606190401 TH 5.55657931 AIR _YRFet[,m
18 RAD 90.9510179315515 TH 5.93527419
8$=n j
18 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 H8=N@l
18 CTE 0.806000E-05 /l3V3 B7
18 GTB S 'N-LAF2 ' -abt:or
19 RAD -60.9109375555036 TH 1.00003786 AIR nkPh,X\N0
19 CV -0.01641741 [+Iz@0 q
19 UMC -0.14286000 Q3'llOx
20 CV 0.0000000000000 TH 3.60000000 6bg
;q(*7
20 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 ~g91Pr
20 CTE 0.710000E-05 YP oSRA L
20 GTB S 'N-BK7 ' #m xP w
21 RAD -1.1487695061324E+17 TH 43.52197472 AIR 8\^R~K`sY
21 CV -8.70496644E-18 x>K Or,f
21 UMC -0.14286000 g b1V ~
22 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR KYm0@O>;
END 2DA]i5
}dX*[I
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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