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optics1210 2018-09-11 12:03

DOE在现代镜头设计中的应用:SYNOPSYS 光学设计软件

f wWI2"}  
在本课中,我们将从头开始,设计一个5片透镜镜头,然后看看在某处添加衍射光学元件(DOE)是否可以改善其性能。 3R1v0  
这是个问题,由MDS对话框中的条目定义。 这将创建一个MACro,它将运行DSEARCH命令,并填写所有数据。

D4g$x'  
该设计将输入F / 3.5,半场角为25度,孔径为12毫米。 我们选择使用SPECIAL AANT代码来控制后焦距,这样可以后焦长度增大但不会让它小于22毫米。 我们还要求主光线角度切线较小,权重较轻,符合ACA要求,因此我们不能在图像上获得具有大视场角的解决方案,并避免陡峭的光线折射。 &> tmzlww  
当我们单击“确定”按钮时,程序会加载我们的MACRO。 我们在顶部添加了CORE 16指令,以加快我们的8核超线程PC的速度,并指定一个长延迟(因此它不会要求中止其他内核,这可能需要更长时间)和一个网格 数量为6(因为非球面和DOE会导致高阶孔径像差)。
cs `T7?>  
    CORE 16 k_ 9gMO  
        DSEARCH 1  QUIET l`G .lM(  
        SYSTEM I,OEor6%R(  
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY 9YS&RBJu  
        OBB 0 25 12 p^_2]%,QeM  
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 7dhip  
BUqe~E|I  
        UNITS MM $TyV< G  
        END #]>Z4=]v  
        GOALS y=_8ae}aD~  
        ELEMENTS 5 |j($2.  
        FNUM 3.5 U6;,<-bL  
        BACK 0 0 I&^ B?"Y  
        TOTL 0 0 8Ux3,X=  
        STOP MIDDLE O>9+ tQ  
        STOP FREE e~w-v"'  
        RSTART 50 100 200 400 qN% i$mJTo  
        RT 0.5 NI_.wB{  
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 Ea#wtow|-  
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 ys`"-o[*  
        NPASS 100 6K501!70g6  
        DELAY 9999 s 4uZ;  
        NGRID 6 't'~p#$,F  
        ANNEAL 200 20 Q {XAm3's  
        COLORS 3 FGY4u4y  
        SNAPSHOT 10 xp<\7m_N  
        QUICK 40 100 D=uU:7m  
        END $Tci_(V=F  
        SPECIAL PANT oKjQ? 4  
SC/|o  
        END y ,e# e`  
        SPECIAL AANT 5xKo(XNp  
        ACA 60 .1 1 |zhVl  
        ADT 6 .1 1 w9h`8pt  
        M 0 .01 A P HH 1 `IL''eJug_  
        LLL 22 1 1 A BACK :%-xiv  
        LUL 250 1 1 A TOTL QS.t_5<U  
    END Q'xZ\t  
    GO
?Ho~6q8O@  
r/E'#5 Q  
由于我们要实施DOE曲面,我们选择指定五个视场进行校正。 当使用任何类型的非球面时,这是一个好习惯,因为否则可能会在指定的位置进行较好的校正,在其它未定义的视场进行较差的校正。 F*Lm=^:  
我们还为每种情况的曲率半径指定了四个不同的起始值,依次进行研究。 请记住,即使对初始条件进行少量更改也可以将DSEARCH发送到镜头设计树的不同分支,这将使搜索的案例数量增加四倍。 &} %rZU  
我们运行这个MACro并且看到从DSEARCH回来的最好的镜头不是太好 - 但是你确定,只使用五个透镜,就能满足这些视场和速度的要求么?
#;,dk(URo  
我们可以通过请求更多的元件来获得更好的结果 - 但是我们希望通过将其中一个镜头更改为DOE来看看我们可以获得多少改进。 该程序为我们创建了一个优化MACro,使得继续优化和模拟退火非常容易。 我们来试试DOE。 我们在顶部添加另一条MACro。 (“ADA”表示自动DOE分配。)
,ND}T#yTR  
    ADA 5 QUIET Tv2d?y  
}Fy~DsQ  
    PANT + q@kRQY;n  
    VY 0 YP1 LA?h+)  
    VLIST RD ALL (0Buo#I  
    VLIST TH ALL rBR,lS$4  
    VY   1 GLM /sHWJ?`&/,  
    VY   3 GLM )w\E^  
    VY   5 GLM kex4U6&OQB  
    VY   7 GLM x`:zC#  
    VY   9 GLM #J&45  
    END Y)="of  
    AANT P AEC ON"F h'?  
    ACC 6%'bo`S#  
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 ["]r=l  
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 6XU1w  
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 ]7W !  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 Wl!|+-  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 *htv:Sr  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 9[# 9cv  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 Z :51Q  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 .C$4jR.KC  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 YMGzO  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 v8=7  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 a W1y0  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 :mOHR&2xR%  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 #Fp5>%*  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 w'uI~t4  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 c*iZ6j"iI  
      ACA 60 .1 1 eAvOT$  
      M 0 .01 A P HH 1 )8ub1,C  
      LLL 22 1 1 A BACK H\W/;Nn  
      LUL 250 1 1 A TOTL LRe2wT>I  
    END Q#+y}pOLP  
    SNAP/DAMP 1 0|mF /  
    SYNOPSYS   40
>SS YYy  
lN@SfM4\  
该程序发现表面1使用DOE效果最好。
T_T@0`7  
command ASY shows the data of this DOE. 7Q_AZR 4  
rK^Sn7U  
SPECIAL SURFACE DATA zB,Vi-)vH  
______________________________________________________________________________ u7L!&/6On  
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) 4rpx  
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 ji'NR  
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 Z+# =]Kw)  
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 UvR F\x%  
DIFFRACTION ORDER:        -1 POZ5W)F(  
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) RZKdh}B?\  
XD 13  5.395981E-06 (R**6)  XD 14  6.889557E-06 (R**8)
V(/ @$&  
xV]eEOiLM  
这只是一个非常小的改进。 我们很好奇如果我们增加第二个DOE将会发生什么。 这很容易测试。 将变量添加到我们刚刚添加的DOE术语的PANT文件中。
AC`4n|,zJ;  
    VY 1 G 16 u;-_%?  
    VY 1 G 26 I.V?O}   
    VY 1 G 27 QOb+6qy:3  
    VY 1 G 28 SEf:u  
    VY 1 G 29
*RPdU.  
(+M]C]  
然后再次运行MACro。 这次它需要表面9的DOE。
}cl~Vo-mp  
评价函数有很大改进。 我们修改了PANT文件,因此它会改变两个DOE上的系数,并包括一些高阶项。 系数G32是12次幂系数,而ADA的默认值仅为8次幂。 (我们谨慎地注销ADA命令,所以我们没有得到第三个DOE!)
|s<IZ2z]}R  
    !ADA 5 QUIET ED0Vlw+1  
'*`25BiQ  
    PANT D/& 8[Z/Cn  
    VY 0 YP1 2.xA' \M  
    VLIST RD ALL 960[.99  
    VLIST TH ALL '{e9Vh<x  
    VY   1 GLM G6l:El&  
    VY   3 GLM &Nzq/~uqP  
    VY   5 GLM U/9i'D[|{  
    VY   7 GLM +0{$J\s  
    VY   9 GLM % ~!A,  
osBwX.G'l  
    VY 1 G 16 Q~p)@[q  
    VY 1 G 26 QL_vWG -  
    VY 1 G 27 LIm{Y`XU  
    VY 1 G 28 tBJCfM  
    VY 1 G 29 ]j=Eof%Rc  
    VY 1 G 30 H%`$@U>  
    VY 1 G 31 @e`%'  
    VY 1 G 32 A }(V2  
!xqy6%p  
    VY 9 G 16 %MA o<,ha  
    VY 9 G 26 :TPT]q d@  
    VY 9 G 27 *9XKkR<r  
    VY 9 G 28 Z$a5vu*pg  
    VY 9 G 29 B^;G3+}  
    VY 9 G 30 #o>~@.S#:0  
    VY 9 G 31 [9hslk  
    VY 9 G 32 D90.z"N\i9  
    END >g{ w,  
    …
?2RDd|#  
N9 SC\  
现在我们再次运行它,然后模拟退火。
n8FmIoZ&`  
哇! 当使用两个DOE进行优化时,DSEARCH返回的镜头的评价函数从0.944下降到0.061。 (L19L1)看到我们需要多少球面元件来获得这种质量会很有趣,但我们会为学生留下这个练习。 肯定会超过五个。
C[4{\3\Va  
    RLE a/@F?\A  
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 E}YJGFB7"  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 ~g#$'dS  
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 :!'!V>#g  
     APS               1  UNITS MM ZqONK^  
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR 9a$\l2  
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 ?QJS6i'k  
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 J*!_kg)>J  
     CWAV        0.587600 uPbGQ:%}  
     HIN        1.517000       55.000000 ,$H[DX  
       RNORM    61.6138 e$vvmbK.  
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  Zk={3Y  
       1 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00    1 XDD  3   1.6576954E+01 -1.5772577E+02  5.5355850E+02 -1.2824350E+03  2.0288263E+03 tz6N,4J?  
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 \H^A@f  
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR ?W27 h  
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 XABB6J]  
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 L  `\>_  
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR o0Z~9iF&  
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 cZb5h 9  
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 dcn/|"jr  
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR @P'("qb~  
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 7o99@K,  
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 8@)4)+e  
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR B$\,l.h E  
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 Q>%{Dn\?  
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 p;x3gc;0  
       9 USS  16 Ic<J]+Xq  
     CWAV        0.587600 :`Z'vRj  
     HIN        1.517000       55.000000 G/)]aGr  
       RNORM    17.8887 !gyEw1Re7  
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 C"gH>G  
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 R(1N]>  
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 r@30y/C  
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 Z=I+_p_G  
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR .='hYe.  
      10 CV      -0.00643491 K(: _52rt  
      10 UMC     -0.14285714 o-}q|tD$<  
      10 TH     127.09309610 ; *ZiH%q,  
    10    YMT      0.00000000 =>0 G  
    11    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  END
^&|KuI+ u  
W3gBLotdg  
本课程展示了如何将镜头表面转换为DOE可以显著提高图像质量 - 或者让您以更少的元件获得所需的质量。 当然,这完全取决于镜头供应商是否可以制造DOE。 这些可能不太容易。 这是表面2处的DMASK配置文件:
&tjv.t  
这是表面9的轮廓
jE#&u DfI  
第二个可能是对加工厂的挑战。 我们来看一下空间频率。 使用MMA打开MAP对话框,选择HSFREQ over PUPIL,对象点0,Ray Pattern CREC 9,DIGITAL和Execute。 最高频率在边缘处超过7 c / mm。 这看起来很不错,但这当然取决于制作它们加工厂的能力和技术。
m"|AD/2;(  
我们希望随着这项技术的改进,这里提出的设计将变得越来越实用。 无论如何,最好是先于技术而不是跑到后面试图跟上。 正如您所见,SYNOPSYS™的ADA功能处于领先地位。 我们邀请具有DOE能力的镜头供应商对本课进行评论,并可能提供他们今天所理解的见解和设计权衡。 bC SgdK  

optics1210 2019-01-20 11:37
DOE设计,在SYNOPSYS中含多种DOE的设计功能。
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