SYNOPSYS 光学设计软件课程十五：开发一组实际透镜
ixK9/5T
在第14课中，我们设计了一个7个透镜的镜头，从平面平行表面开始，并且程序符合设计，使用ARGLASS功能自动编目镜玻璃类型。但假设您有一个真正的应用程序并希望进一步开发它。本课程将介绍一些适合的其他程序。为了使它成为真正的“真实世界”课程，我们将展示设计师如何遵循各种线索以获得解决方案，以及为何不是所有线索都能带来成功，这一点也很重要：看看有时一个人徘徊在盲道中是有益的。当你自己作为镜片设计师的提升技能时，你会遇到很多麻烦，但不应该气馁，因为它发生在我们所有人身上。坚持不懈，通常可以找到成功的设计。 "EA =auN {
我们将以两种方式完成本课程;首先在DSEARCH的帮助下使用其他许多工具。然后，在第17课中，我们展示了另一种实际上更快更容易的方法。您应该了解这两种方法中使用的所有工具。 #_`p
0wY
我们将首先使用DSEARCH找到一个好的起点。这是输入： jUl_ToX
CORE 16 Nn-k hl|11
DSEARCH 6 QUIET Y2'HP)tfIw
SYSTEM ]Hq,Pr_+
ID DSEARCH SAMPLE :?LNP3}
OBB 0 20 12.7 98| v.d
WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 l:bbc!3
ZMr[: ,Jp
UNITS MM 6d6Dk>(V
END mF!4 *k
GOALS 0UW_ Pbh6
ELEMENTS 7 PFx.uqp
FNUM 3.575 EY Z&%.Sy5
BACK 50 .01 64 'QTF{D
STOP MIDDLE auX(d -m
STOP FREE *JZ9'|v_H
RT 0.5 tS5J{j>T
FOV 0.0 0.75 1.0 0.0 0.0 L[<Y6u>m!1
FWT 5.0 3.0 3 S 1^ t;{"
DELAY 999 4 p+Veo6B
RSTART 900 "#gS ?aS
THSTART 7 ZR0 OqSp]
ASTART 15 ;I80<SZ
NPASS 66 )F\ kGe
ANNEAL 200 20 Q u|.|dv'mbp
COLORS 3 P*>?/I `G
SNAPSHOT 10 6R8>w ,
QUICK 44 66 $ cuBd
END ]q4LN o
SPECIAL PANT y1~
QKz
0%;| B
END *?C8,;=2r
SPECIAL AANT trjeGSt&
LUL 150 1 1 A TOTL :w
Y%=
END i92Z`jiR
GO ,3eN&
C+ Y; D:
我们运行这个，并且返回的最佳镜头非常好。 我们使用文件DSEARCH_OPT进行优化和退火，该文件位于新的编辑器窗口中。 mA%}ijR6y
假设我们希望镜头在从一米到无限远的物距范围内工作。 有两种方法可以实现这一要求：使用多重结构，这非常灵活但复杂，或者通过声明这是一个物体距离变焦的变焦镜头。 第二种方法在这里更好，因为它更简单，做我们想要的，我们可以非常容易地检查中间物体距离。 我们必须将此镜头设置为ZFILE变焦镜头。 .I]v
D#o
CHG "X._:||8
APS 3 ! declare surface 3 the stop声明表面3为光阑 hVT>HER
15 CAO 32 ! fix the CAO on the image (so FFIELD works) 修复图像上的CAO（所以FFIELD工作） TOgH~R=
FFIELD ! adjust the object height so the image fills the CAO there调整对象高度，使图像填充CAO & e3}Vop
14 YMT ! assign a paraxial focus solve to surface 14为表面14指定近轴焦点求解 !>!jLZ0
ZFILE 1 ! start of the ZFILE section ZFILE部分的开头 ; 14Q@yrZ0
14 14 ! there is one zooming group, the last thickness有一个缩放组，最后一个厚度 `s\ [X-j]
ZOOM 2 ! ZOOM 1 is default; ZOOM 2 gets OBA object on the next line ZOOM 1是默认值; ZOOM 2在下一行获取OBA对象 8'zfq
]g
OBA 1000 -366.554 12.7 ! the object description at this zoom此缩放时的对象描述 $sb@*K}:4
END ! end of changes变化结束 }weE^9GiJ
'qo(GGC M
这里我们将表面3声明为光阑，因此所有变焦都使用相同的位置，在图像上设置硬孔径以使FFIELD指令具有目标，将厚度求解为14，以便所有变焦自动重新聚焦，并声明单个缩放组， 然后我们定义ZOOM 2在1000 mm距离处的物距，YPP0为负，因为ZOOM 1中的值也是负的，并且它们必须具有相同的符号。 n ~ &ssFC
运行此MACro，镜头变为变焦镜头，在这种情况下只有一个空气间隔变焦。 现在，您在显示器右侧看到一个新工具栏。 ZOOM 2中的图像是什么样的？ 如果单击按钮1和2，则会在该缩放设置下看到镜头。 这是缩放2： BILZ XM f
太可怕了！ 我们必须在两个共轭处校正图像。 这是我们的MACro： &z*4Uij
AWT: 0.5 *%_M? ^
PANT ! Define variables. 定义变量 `WxGU
CUL 1.9 ! Set upper limit of 1.9 on index variables. 在折射率变量上设置上限1.9 tj8o6N#
FUL 1.9 2$b1q!g<
!VY 1 YP1 ! Don’t vary YP1; it is not compatible with the real pupil declaration 8@rF~^-_
VY 1 YP1！ 不要改变YP1; 它是不是真正的光瞳声明兼容
]SL+ZT
VLIST RAD ALL ! Varies all radii that are not flat. 改变所有不平坦的半径 q3-cWfU
VLIST TH ALL ! varies all thicknesses and airspaces except for the + !`$(
! back focus, thickness 14, which has a solve in effect改变所有厚度和空气间隔的所有半径，除了后焦距，厚度14，使其有效解决 SX =^C
VLIST GLM ALL ; Z;` BGZJ
END Eg&Q,dH[
[AD%8 H
AANT ! Start of merit function definition. 开始评价函数定义 B VH)!]m0
AEC ! Activate automatic edge-feathering monitor激活自动边缘羽化监视器 ^ yF
Wvfh4
ACC ! and maximum center thickness monitor. 和最大中心厚度监视器 ?;(!(<{
ADT 6 .1 10 ! Keep diameter/thickness ratio 6 or more sT<h+[2d
M 33 2 A GIHT ! Comment this out, since the FFIELD will control scale保持直径/厚度比6或更多注释，因为FFIELD将控制比例 JlE+CAny
LUL 150 1 1 A TOTL EL2z&
M 50 .1 A BACK ! Since the back focus will vary, keep it reasonable B=X_c5
由于后焦距会有所不同，因此请保持合理 8(A
k
M 90.61 1 A FOCL ! Add this requirement so the focal length doesn’t change (U.VCSn
添加此要求，以便焦距不会改变 =KnHa.%
GSR AWT 10 5 M 0 ! Note how weights are assigned to the several field points, ! and the symbol AWT controls the aperture weighting. i* 09m^r
注意如何将权重分配给多个视场，符号AWT控制孔径加权。 ,y/m5-D!
GNR AWT 5.5 4 M .5 ! This creates a ray grid at the ½ field point 这会在½视场点处创建光线网格 &#~U1: 0
GNR AWT 5.5 4 M .7 ! These for the 0.7 field point这些为0.7视场 +, rm
GNR AWT 3 4 M 1 ! Full field gets the lowest weight. 全场获得最低权重 X C 390t
ZOOM 2 ! Targets for zoom 2 (with the object at one meter) 缩放2的目标（物体在一米处） bZQ_j#{$
GSR AWT 10 5 M 0 ! Note how weights are assigned to field points. 请注意如何将权重分配给字段点 AI9=?X<kh
GNR AWT 5.5 4 M .5 ! This creates a ray grid at the ½ field point这会在½视场处创建光线网格 Spo[JQ%6
GNR AWT 5.5 4 M .7 ! These for the 0.7 field point这些为0.7视场 ~+RrL,t#
GNR AWT 3 4 M 1 END ! Full field gets the lowest weight. 全场获得最低权重 Hb^ovc0
SNAP NX]6RZr-
SYNO 50 s>>lf&7
H66~!J0;a
运行此并退火，镜头变得好了一些但仍然不是很好，在变焦范围的两端有大约相等和相反的误差。 9N) Ea:N
一些细微之处值得一提：GLM ALL变量将改变目前镜片中的所有玻璃模型，这意味着所有元件，因为DSEARCH使用玻璃模型，除非另有说明。 我们必须控制焦距，因为物体厚度将不断调整，因此图像CAO在全场填充。 Z yz)`>cB
这比之前的变焦2要好，但仍然有分辨率的损失。 该怎么办？ 我们需要更多变量。 我们应该添加什么？ ?4Zo0DiUB
解决这样的案例的经典工具是STRAIN计算。 该想法是，具有最大应变的表面贡献了大部分低阶像差，并且在那里分裂元件可能会重新产生这种应变。 {gDoktC@M
实际上，元件3具有最大的应变。 现在我们可以做以下两件事之一：我们可以拆分该元件并重新优化，或者我们可以使用不同的工具来找出添加元件的最佳位置。 我们将尝试两种方式。 首先，让我们保存这个版本，所以如果事情没有成功我们可以回去。 : :/vDUDc
输入STORE 1。 PbMv M
然后转到工作表（键入WS，或单击按钮 ，然后单击按钮 ，可以通过单击该元件内轴上的PAD显示来拆分元件。单击曲面5和6之间，拆分元件。 你的镜头现在看起来像这样： sP8_ Y,
当程序拆分（或添加）一个元件时，它会分配一个折射率拾取，因为此时它没有其他折射率数据。 在WS中，通过键入将曲面7上的折射率拾取更改为玻璃模型 ]tbl1=|
7 GLM H
a`V"X{}
3}.OSt'=
在编辑窗格中，单击“更新”。 这改变为具有与之前类似属性的模型玻璃。 ]ddL'>$c$
制作一个新的检查点，关闭WS，再次运行优化，我们发现镜头略有改善。 MF现在是2.53。 这是镜头设计长期以来使用经典工具的方式，这是一个缓慢而艰巨的过程。 但今天我们有更好的工具。 在拆分元件之前返回版本： :{Iv
] d
GET 1 BT5~MYBl
k.H4Mf(4
然后在PANT文件之前添加一行： f{] W*!VV-
AEI 2 1 14 0 0 0 10 2 4&`d$K
gkx<<)y
l
这将运行自动元件插入工具（AEI）。 现在程序将搜索插入新元件的最佳位置。 运行这个，镜头变得越好。 注释掉AEI线并再次运行MACro，然后退火。 结果如下： 5*$z4O:Aa
RLE W}\<}dK
ID DSEARCH SAMPLE 180 cW^u4%f't'
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001001111 79 WAVL .6563000 .5876000 .4861000 oR<;Tr~{q
APS 5 %-NG eN8
FFIELD $[(FCS
UNITS MM @Z9>E+udQ
OBB 0.000000 19.41264 12.70000 -11.00540 0.00000 0.00000 12.70000 0 AIR ]jP 0Z#
1 RAD 53.9413943790523 TH 4.77883929 B :1r;8{j
1 GLM 1.90000000 37.62897436 |c,'0V,"cH
2 RAD 256.2741391536815 TH 10.43791469 AIR piPV&ytI
3 RAD -240.8321927995665 TH 2.68192838 "LVN:|!
3 GLM 1.55017293 45.90619514 HR?a93
4 RAD 33.0833886630087 TH 8.23819322 AIR 7)Bizlf
5 RAD 348.1550734974948 TH 24.04523087 Yp9% u9tNq
5 GLM 1.90000000 37.62897436 [8`^_i=#
6 RAD -53.2450361188082 TH 3.59481775 AIR ')E4N+h/
7 RAD -41.0817136624587 TH 25.48983049 UTuOean ]'
7 GLM 1.90000000 22.54554176 1 swqs7rR|
8 RAD 186.3645272710029 TH 3.44409527 AIR =,W~^<\"
9 RAD -336.9999206364553 TH 6.07694173 ]-u>HO g\
9 GLM 1.50000000 73.64948718 mC`U"rlK~
10 RAD -57.1787045766177 TH 1.00000000 AIR _We4%
11 RAD 95.1542848378137 TH 16.98321961 B+=Xb;p8
11 GLM 1.50000000 73.64948718 Q .cL1uHc
12 RAD -57.2632094152352 TH 1.00000000 AIR )/?s^D$,
13 RAD 108.6802069087533 TH 12.49861869 Cqw`K P
13 GLM 1.77103153 26.03009105 st(Y{Gs
14 RAD -94.5597002836689 TH 3.05982907 AIR AjO|@6
15 RAD -66.0716087885051 TH 4.69827793 xO'xZ%cUI
15 GLM 1.57603254 40.99972364 16 RAD 53.2894699282010 TH 50.43814444 AIR ",Fqpu&M
16 CV 0.01876543 #K[6Ai=We}
16 UMC -0.13986014 K db:Q 0B
16 TH 50.43814444 [~ IFg~*,
16 YMT 0.00000000 %0K e4c
17 CAO 32.00000000 0.00000000 0.00000000 17 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR zzyD'n7D
ZFILE 1 @)S d3xw[
CAM RANK 2 zB)wY KwZ
CAM EXPONENT 1.00000 I~U;M+n*y
16 16 'xc=N
ZOOM 2 > `.$Tyw
OBA 1000.00000 -366.554000 12.7000 0.0000 0.00000000 0.0000 12.7000 (W $> !1~
ZDATA 0.0000000E+00 QU^?a~r
END =doOt 7Rj
$T }Dn[.
程序在表面3插入了一个新元件！评价函数从2.55降至1.92。这里有一个教训：该程序可以找出如何更好地改善镜头（除非你非常有天赋）。因此，最好让AEI这样做，而不是尝试看起来有意义的事情。这些东西有时会起作用，但AEI更好。 YU% U
在这里你可以看到更大的改进，MTF也更好，你可以自己检查一下。 现在我们有一个镜头可以很好地校正无限共轭。 但是中间距离呢？ 如果我们制造镜头却发现在中间距离，事情变得非常糟糕，这将是一个粗鲁的意外。 我们要检查一下。 这是我们选择在此作业中使用ZFILE缩放功能的原因之一。 我们可以轻松扫描变焦范围并发现可能需要注意的任何点。 单击缩放选择栏底部的按钮 ：这将打开一个有趣的缩放滑块。 -D,kL
将滑块慢慢滑到右端，观察PAD显示（或单击SCAN按钮）。图像平面从无限远焦点缓慢向后移动到一米焦点位置。好消息是，图像质量在整个范围内几乎没有变化，实际上在中间附近变得更好。 （如果已更改，我们可以使用CAM命令创建一个中间焦点位置，总共三个缩放，然后在AANT文件中为ZOOM 3位置添加更多目标。）您可以创建和定位最多20个缩放，然后您将了解是否键入HELP CAM以阅读该功能 。 jD'$nKpg
因此，我们已经制作了一个在整个聚焦范围内都能很好地工作的镜头。当然我们还没有完成。现在我们需要再次分配真实玻璃，增加一些元件的厚度，删除那些厚度变量并重新优化是个好主意。但是等一下，上图中显示的第五个元件困扰着我们，它在做什么？再次使用STRAIN命令，您会发现该元件的光焦度或应变非常小，这表明我们可以完全删除它。我们得试试！删除AEI指令并将其替换为 uz e5u \
AED 5 QUIET 1 15 ;"D I)hd z
*6 P)HU@
并再次运行它 - 哇！ 程序说第九个元件可以删除！ 允许它执行此操作，然后注释掉AED指令并进行更多优化。 评价函数达到2.36 - 不像以前那么好，但也许足够好。 我们已经淘汰了一个元件。 了解AED如何做出比你更好的决定了吗？ *Mr'/qp ,
RLE }VXZM7@u
ID DSEARCH SAMPLE 180 }Fgp*x-G
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001001111 79 WAVL .6563000 .5876000 .4861000 Fpf-Fa-K\b
APS 5 6I$:mHEhd
FFIELD Eg|C
UNITS MM a'A'%+2
OBB 0.000000 19.41264 12.70000 -12.09057 0.00000 0.00000 12.70000 0 AIR +^@6{1
1 RAD 62.8507824648534 TH 4.25802685 /kK:{
1 GLM 1.90000000 37.62897436 7
`& NB]
2 RAD 242.2383021934368 TH 17.94509182 AIR YXjWk),
3 RAD -155.4943420012135 TH 4.72649410 [^E{Yz=8,
3 GLM 1.58912358 39.02768391 @)p?!3{"
4 RAD 40.3386502191948 TH 1.70305774 AIR &IgH]?t
5 RAD 150.7944944757465 TH 25.55442186 Nc[V kJ]
5 GLM 1.90000000 37.62897436 #`{L_n$c
6 RAD -38.9019256687224 TH 1.52918359 AIR b R ;Wf5
7 RAD -31.8151154746487 TH 16.13215543 ;tu2}1#r
7 GLM 1.90000000 22.54554176 w?zY9Fs=s
8 RAD 266.4763779948293 TH 4.58032011 AIR ?513A>U
9 RAD 115.8259371432369 TH 13.04257100 7F D.3/
9 GLM 1.60192516 64.47099564 R?GF,s <j
10 RAD -44.3260121545059 TH 1.00000000 AIR jneos~ 'n8
11 RAD 98.4143150696891 TH 8.84868435 {oc7Chv=/H
11 GLM 1.85436291 26.23363793 0ud>oh4WPR
12 RAD -92.1050493948654 TH 3.59579710 AIR ,}_uk]AQ
13 RAD -56.7923447824885 TH 2.56577649 r:uW(<EP^
13 GLM 1.56906517 42.17387992 14 RAD 56.3037237015490 TH 50.14291804 AIR Z Ro-=/1
14 CV 0.01776081 AT]Ty
14 UMC -0.13986014 iKN800^u
14 TH 50.14291804 @&M$oI$4*
14 YMT 0.00000000 >n^[-SWJCT
15 CAO 32.00000000 0.00000000 0.00000000 15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ZFILE 1 G`r*)pdm
CAM RANK 2 uA2-&smw
CAM EXPONENT 1.00000 %R [X_n=
14 14 /Jc i 1o
ZOOM 2 CHRO9
OBA 1000.00000 -366.554000 12.7000 0.0000 0.00000000 0.0000 12.7000 =)Q0=!%-
ZDATA 0.0000000E+00 9F"Q2^l'
END z ''-AH,
Um 'r6ty
这就是它的完成方式：弄清楚出了什么问题，并使用SYNOPSYS中的工具来修复它。 有时它很快，有时不会。 这就是镜头设计的全部内容，盲区和一切。 @n:.D9
但这对本课来说可能已经足够了。 +4 %: q~C
哦，我们差点忘了：为什么我们输入缩放组的曲面编号（14），因为YMT求解无论如何都会覆盖它？ 那么，该程序需要一个组定义，否则它将无法工作。 如果您将这些数据留给真正的变焦镜头，那就是为了避免出现严重错误。 Jf=$h20x
我们将在第17课中重新讨论这个问题，并展示如何有效地应用其他工具和节省一些时间。
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