SYNOPSYS 光学设计软件课程五：改进另一个程序设计的透镜
S'hUh'P Z
MOnTp8
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。 ^M; #x$Y?
这是初始结构，包含三个视场点的MTF曲线。 （输入MMF，选择多色选项，然后单击执行。）（下图中开关85打开后，显示红色的红外波长。）  ?A*!rW:l;
RLE Qh-:P`CN
ID EXAMPLE LENS 53 BHZhdm@),
WAVL .7150000 .7100000 .7050000 <1<xSr
CORDER 1 3 2 HiH<'m"\.
APS -11 j:/Z_v'
TEMPERATURE 30.00000 {>~9?Xwh
WAP 3 10OkrNQ
GTZ k6RVP: V
UNITS MM J.M&Vj:
OBB 0.000000 15.20000 6.24500 -13.54114 0.00000 0.00000 DrC"M*$!
6.24500 t4/ye>P &
&/"a
E
0 AIR }^p<Y5{b
1 CV 0.0000000000000 TH 4.50000000 H6|eUU[&
1 N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 b(Tvc
1 DNDT 1.090E-05 9.960E-06 9.700E-06 3.65000E-01 yO!M$aOn/
1 CTE 0.500000E-06 a_?b <
1 GTB U 'FUSILICA ' Ot:}Ncq^\O
2 CV 0.0000000000000 TH 1.00000000 AIR z0SF2L H
3 RAD 31.3000000000000 TH 9.80000000 Qx8(w"k*
3 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 dt+r P%
3 CTE 0.806000E-05 c%gL3kOT
3 GTB S 'N-LAF2 ' ;e/F( J
4 RAD 111.9000000000000 TH 1.50000000 AIR ctjQBWE
5 RAD 28.2100000000000 TH 4.00000000 HTGLFY(&
5 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 e6J^J&`|4
5 CTE 0.710000E-05 k ,k>w#&
5 GTB S 'N-BK7 ' U ,;796h
6 RAD 14.2600000000000 TH 8.50000000 AIR }f? [m&<
7 RAD -46.1600000000000 TH 3.40000000 QKlsBq
7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 [0]A-#J
7 CTE 0.710000E-05 [wnp]'+!
7 GTB S 'N-BK7 ' > $E;."a
8 RAD 19.3000000000000 TH 3.00000000 AIR B%MdJ D>
9 RAD 28.1400000000000 TH 4.80000000 +jF2 {"
9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 X:;x5'|
9 CTE 0.710000E-05 HK~SD: d
9 GTB S 'N-BK7 ' bE'{zU}o
10 RAD -47.0000000000000 TH 1.00000000 AIR )`R}@(r.
11 CAO 4.90993000 0.00000000 0.00000000 #ye`vD
11 CV 0.0000000000000 TH 13.20000000 AIR )Se$N6u-
12 RAD -24.2000000000000 TH 3.20000000 ( tg9"C
12 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 1PUZB`"3
12 CTE 0.846000E-05 ] S[?tn
12 GTB S 'N-SF57 ' :/$ WeAg
13 RAD 150.0000000000000 TH 1.20000000 AIR m6n%?8t
14 RAD 269.0000000000000 TH 10.00000000 [xr^t1
14 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 bp= r ]nO
14 CTE 0.710000E-05 seB mhe5qR
14 GTB S 'N-BK7 ' e(|Z<6
15 RAD -22.6200000000000 TH 1.00000000 AIR 83 t/ \x,Q
16 RAD -1000.0000000000000 TH 6.70000000 /o 'lGvw
16 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 PS+~JwD Uc
16 CTE 0.806000E-05 KU9F HN
16 GTB S 'N-LAF2 ' % ym};7'&b
17 RAD -48.1100000000000 TH 1.00000000 AIR "V 26\
18 RAD 70.1900000000000 TH 6.20000000 UF#!6"C@
18 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 /]!2 k9u\
18 CTE 0.806000E-05 2tpu v(H;
18 GTB S 'N-LAF2 ' L8Tm8)
19 RAD -725.0000000000000 TH 2.00000000 AIR 7_76X)gIV
20 CV 0.0000000000000 TH 3.60000000 .7g h2 K
20 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 %\T,=9tD\
20 CTE 0.710000E-05 m x |V)
20 GTB S 'N-BK7 ' $m2#oI 'D
21 CV 0.0000000000000 TH 36.90500000 AIR n{sk
22 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR nM2<u[{gF
END A? !R F7v
W3/bM>1
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。 Q/
.LDye8
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。 #YE?&5t
这是我们的优化MACro： Z,E$4Z
CHG FrXP"U}Y
WAP 1 ! keep entering beam diameter constant over field J *$%d1
19 UMC -0.14286 ! maintain F/number 4hwb]
Yz
CFREE ! remove the clear aperture at the stop END "N6 HX*
2WFZ 6
PANT 'A7!@hVy
VY 0 YP1 ! let the program find the best stop location NF6xKwRU]_
VLIST RAD ALL ! all radii will change except 19 and the flat windows lsOv#X-b E
VLIST TH ALL EXCEPT 1 LB2 ! and all thicknesses except 1 and 20 %N<5ST>(
END CMW4Zqau*
HC6U_d1-6
AANT b ^ h_`
AEC ! monitor feathered edges JpC=ACF
ACC ! and keep thicknesses less than 25.4 mm 9Sxr9FLW~
M 89.6 1 A TOTL ! keep total lens length constant Y_:jc{?
M 0 50 A GIHT ! control distortion at full field S P YA 1 %0C [v7\
$5 JeN{B
M 0 50 A GIHT ! and at half field DIV CONST 2 B\c_GX Uw
<lf692.3
S P YA .5 O?Bf (y
K_)~&Cu*'
M 0 20 A P HH .7 ! control telecentricity at 0.7 field 1\m,8i+gU
0@-4.I Hl
GSO 0 0.1 5 M 0 ! correct OPDs of ray grids at three fields GNO 0 0.05 4 M .7 znsQ/ [
GNO 0 0.05 4 M 1 END :
"| /
G^k'sgy.
SNAP ! get snapshot every iteration S9Yzvq!(
SYNO 30 ! optimize for 30 cycles. $lf/M g_H
CsA (oX
（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。） $kTm"I
我们进行优化，然后运行模拟退火几个周期。 透镜有所改善。 j*?8w(!
现在让我们使用一些强大的工具。 首先，我们运行自动元件删除功能。 这会找到可以移除的元件，而对评价函数的性能降低最小。 为此，我们只需添加该行命令 ^:{8z;w!(
AED 3 Q 3 19 ! find which element to delete between surfaces 3 and 19. Q /4-7
T(?w}i
将该命令加到PANT命令之前，然后重新优化。 该程序显示可以移除表面14处的镜片。 我们允许它删除该元件，然后对其进行优化和模拟退火（在注释掉AED行之后，我们不会删除另一个元件或删除顶部的CHG文件）。 ]i.N'O< p
正如预期的那样，透镜性能有所下降，但仍然不错。 现在我们将使用元件自动插入功能，以查看透镜是否会恢复到以前的镜片数，结果是否比起始透镜更好？ <
bC'.m
为此，我们将AED线更改为 r{R<J?Y
AEI 3 3 17 0 ! insert one element between surfaces 3 and 17. o{,I O! q
hi!A9T3%}M
并再次运行MACro。 （如果您有多核电脑，则在MACro的顶部还应添加以下命令，其中nb是核心数。 这将以更快的速度运行AEI。） Lxp}o7>K
CORE nb 8j#S+=l>
6U*CR=4
在MACro的顶部，其中nb是核心数。 这将以更快的速度运行AEI。） 'cpm 4mT
程序在表面12之前插入了一个元件。我们添加一个新变量 U 3a2wK
VY 12 GLM SPb +H19;
mBErU6?X,A
到PANT文件，所以新元件上的玻璃模型可以变化，注释掉AEI命令行，重新优化并模拟退火。 i#*[,
P~
该程序已将透镜内的孔径位置移动到9.如果透镜有固定孔径，我们可以在该元件上切一个凹槽，并获得极好的性能 - 但如果没有，我们会为表面11分配一个真正的孔径，移除 YP1的变量，并再次重新优化。我们得到如下透镜：  6v3l^~kc'
RLE D;0>-
ID EXAMPLE LENS 141 /=p[k^A
WAVL .7150000 .7100000 .7050000 &<e18L 7a
[n[ dr@J7v
CORDER 1 3 2 _gqqPny4$
APS -11 w/*G!o- <
TEMPERATURE 30.00000 @\?ub F
WAP 1 B8F b$
GTZ Q0R05*
UNITS MM W 94:%
OBB 0.000000 15.20000 6.24500 -11.63722 0.00000 0.00000 q*
R}yt5
6.24500 ; R+>}6
0 AIR #!F>cez
1 CV 0.0000000000000 TH 4.50000000 v@%4i ~N
1 N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 N F8<9
1 DNDT 1.090E-05 9.960E-06 9.700E-06 3.65000E-01 O.B9 w+G=
1 CTE 0.500000E-06 66pjWS
{X
1 GTB U 'FUSILICA ' kku<0<(N
2 CV 0.0000000000000 TH 1.00000000 AIR v
^h:E
3 RAD 31.7420365099046 TH 4.89311077 VEh9N
3 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 (s;W>, ~q
3 CTE 0.806000E-05 DSwb8q
3 GTB S 'N-LAF2 ' -fPiHKJ
4 RAD 205.8474850968830 TH 6.35592001 AIR @6'~RD.
5 RAD 31.8551157618315 TH 1.39568729 ({j8| {)+
5 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 5F R# CQ
5 CTE 0.710000E-05 OWewV@VXR
5 GTB S 'N-BK7 ' W\zZ&*8$
6 RAD 12.9057883346246 TH 7.19477052 AIR M MFg{8
7 RAD -23.8475364230033 TH 1.00000000 0beP7} $
7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 .m]}Ba}J$
7 CTE 0.710000E-05 |) !f".`
7 GTB S 'N-BK7 ' N 5*Q nb8
8 RAD 18.0286949741191 TH 1.24241640 AIR yIKpyyC9H
9 RAD 21.7606620988429 TH 11.21030691 v`,!wS
9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 -NJpql{Cb
9 CTE 0.710000E-05 @KL&vm(F$
9 GTB S 'N-BK7 ' CO`)XB6W
10 RAD -27.0144706600627 TH 1.00000000 AIR i1uoYb?4(I
11 CV 0.0000000000000 TH 15.36917292 AIR u"qVT9C$=
12 RAD -221.0555600124851 TH 3.83402160 6HK1?
12 GLM 1.73264979 52.69907560 4 -tC=>>wc
13 RAD -18.9307423606996 TH 1.00000000 AIR 8Ij<t{Lps
14 RAD -18.3189387535143 TH 1.00000790 5\ pS8<RJ;
14 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 U/enq,-F^
14 CTE 0.846000E-05 ;<garDf
14 GTB S 'N-SF57 ' Z}$sY>E
15 RAD 77.6676600402005 TH 8.59463594 AIR P_5aHeiJ
16 RAD -98.5742040515266 TH 3.91807638 '* y(F*7+
16 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 E'a OHSAg
16 CTE 0.806000E-05 `* vO8v
16 GTB S 'N-LAF2 ' \B4H0f
17 RAD -31.6148606190401 TH 5.55657931 AIR "6'" ,
18 RAD 90.9510179315515 TH 5.93527419 ^ nPy(Q0
18 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 nz?[
18 CTE 0.806000E-05 [gBf1,bK
18 GTB S 'N-LAF2 ' !-}Q{<2@W
19 RAD -60.9109375555036 TH 1.00003786 AIR &AJ bx
19 CV -0.01641741 our
^J8
19 UMC -0.14286000 UH>~Y
N
20 CV 0.0000000000000 TH 3.60000000 MOQ6&C`7q
20 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 q?7''xk7
20 CTE 0.710000E-05 VF2,(f-*
20 GTB S 'N-BK7 ' -]0:FKW
21 RAD -1.1487695061324E+17 TH 43.52197472 AIR A.r 7 ks
21 CV -8.70496644E-18 68z#9}
21 UMC -0.14286000 06&;GW!-
22 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR J`5+Zngr
END
<)TIj6
(
3B1X
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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