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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

B .TB\j  
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。 .t&R>9cZ^  
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。

Z3 ;!l  
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。 bW#@OrsS  
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）。
4E8JT#&  
    CORE 16 Q "oI])r  
        DSEARCH 1  QUIET 4GG>!@|  
        SYSTEM =5D nR  
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY &Gm$:T'~  
        OBB 0 25 12 !$A37j6  
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 h0?2j)X_  
=O _z(  
        UNITS MM %pu Lr'Y  
        END C ]Si|D  
        GOALS k~%<Ir1V]  
        ELEMENTS 5 t3Z_Dp~\  
        FNUM 3.5 nI*/Mhx  
        BACK 0 0 Ub0/r$]DK  
        TOTL 0 0 l ?Y_~Wuw  
        STOP MIDDLE nE%qm -  
        STOP FREE {0 {$.L  
        RSTART 50 100 200 400 aV, J_Q6r  
        RT 0.5 &" n9,$  
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1  Vp4]  
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 7Wn]l!  
        NPASS 100 ?V&a |:N9  
        DELAY 9999 7^X_tQf  
        NGRID 6 f#b[KB^Z,2  
        ANNEAL 200 20 Q IvH+94[)  
        COLORS 3 V#KM~3e  
        SNAPSHOT 10 &>t1A5  
        QUICK 40 100 /omVM u  
        END `q*ABsj  
        SPECIAL PANT .JjuY'-Q  
JpiKZG@L  
        END 8G<.5!f7`N  
        SPECIAL AANT -3 Hq1  
        ACA 60 .1 1 `r Ql{$9IC  
        ADT 6 .1 1 &t4(86Bmq  
        M 0 .01 A P HH 1 KguFU  
        LLL 22 1 1 A BACK "rJL ^ \r  
        LUL 250 1 1 A TOTL =v9;HPiO  
    END !I&Sy]G  
    GO
z"`?<A&u  
aR $P}]H  
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;a6ux#  
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。 1]~}0;,  
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？
EZV$1pa  
我们可以通过请求更多的元件来获得更好的结果 - 但是我们希望通过将其中一个镜头更改为DOE来看看我们可以获得多少改进。 该程序为我们创建了一个优化MACro，使得继续优化和模拟退火非常容易。 我们来试试DOE。 我们在顶部添加另一条MACro。 （“ADA”表示自动DOE分配。）
mQJGKh&Pk  
    ADA 5 QUIET !^\/ 1^  
TH VF@@q  
    PANT ;'}xD5]  
    VY 0 YP1 L Jx g  
    VLIST RD ALL Mk;j"ZD F  
    VLIST TH ALL 3iTjM>+>  
    VY   1 GLM o 8U2vMH  
    VY   3 GLM cPSu!u}D  
    VY   5 GLM &h-1Z}  
    VY   7 GLM 0kfw8Lon  
    VY   9 GLM C54)eT6  
    END XMdYted  
    AANT P AEC nceF4Ty  
    ACC K9=_}lS@'  
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 `x{gF8GV  
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 %iv'/B8  
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 wDk[)9#A   
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 3-D!ZS&  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 ^y,ip=<5\3  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 8:bNFgJD  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 P.0-(  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 xAflcY>Ozs  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 ;z#9>99rH  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 [A47OR  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 +nuQC{^>  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 *?K=;$  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 {U9jA_XX  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 *?S\0a'W@  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 M}>q>  
      ACA 60 .1 1 [B[J%?NS  
      M 0 .01 A P HH 1 -uZ^UG!K  
      LLL 22 1 1 A BACK '%,Re-8O  
      LUL 250 1 1 A TOTL 5V0=-K  
    END g=.5*'Xlp  
    SNAP/DAMP 1 6yU~^))bx  
    SYNOPSYS   40
S^u!/ =&  
h;6@-\6  
该程序发现表面1使用DOE效果最好。
T7v8}_"-  
command ASY shows the data of this DOE. k1<Py$9"  
 7)T+!>  
SPECIAL SURFACE DATA VF-d^AGt  
______________________________________________________________________________ *VU Xw@  
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) DCm;dh  
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 (bw;zNW  
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 .&Z Vy{uP  
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 TsD >m  
DIFFRACTION ORDER:        -1 eIO}/npT]Q  
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) aj\'qRrU$  
XD 13  5.395981E-06 (R**6)  XD 14  6.889557E-06 (R**8)
khR3[ju{^  
z(xvt>  
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。
Z6=!}a%  
    VY 1 G 16 u0,~pJvX  
    VY 1 G 26 +38t82%YWo  
    VY 1 G 27 {MS&t09Wh  
    VY 1 G 28 ~?p > L  
    VY 1 G 29
o.Q9kk? L  
N  P"z  
然后再次运行MACro。 这次它需要表面9的DOE。
Fri5_rxLl  
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！）
 LCG<  
    !ADA 5 QUIET xU&rUk/L  
p#&6Ed*V  
    PANT *,. {Xf  
    VY 0 YP1 H|^4e   
    VLIST RD ALL Zj JD@,j  
    VLIST TH ALL L=$P  
    VY   1 GLM yU\|dL  
    VY   3 GLM AIeYy-f  
    VY   5 GLM ovl@[>OB  
    VY   7 GLM %nIjRmqM~  
    VY   9 GLM ] !H<vR$8  
s[g1e i9  
    VY 1 G 16 =FE,G*  
    VY 1 G 26 yF:fxdpw  
    VY 1 G 27 &qr7yyY  
    VY 1 G 28 ]u:NE'0Xy  
    VY 1 G 29 ,kP{3.#Q  
    VY 1 G 30 T&c[m!}X|t  
    VY 1 G 31 {hl_/ aG  
    VY 1 G 32 * n[6H  
ex['{|a{  
    VY 9 G 16 6B 8!2  
    VY 9 G 26 aV ^2  
    VY 9 G 27 K,RIa0)  
    VY 9 G 28 ,"/_G  
    VY 9 G 29 -&&mkK B!  
    VY 9 G 30 cr!I"kTgD  
    VY 9 G 31 e0q a ~5  
    VY 9 G 32 PQ5DTk  
    END %8ul}}d9  
    …
6e*J Cf>  
.B)v " Sw#  
现在我们再次运行它，然后模拟退火。
ed{9UJWh  
哇！ 当使用两个DOE进行优化时，DSEARCH返回的镜头的评价函数从0.944下降到0.061。 （L19L1）看到我们需要多少球面元件来获得这种质量会很有趣，但我们会为学生留下这个练习。 肯定会超过五个。
H1w;Wb1se  
    RLE aCMcu\rd  
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 +vQyHo  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 jJf|Ok:G{  
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 ;9^B# aTM  
     APS               1  UNITS MM J:>TV.TP  
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR cz0tnF*&  
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 Kq1sGk  
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 -,rl[1ZYZ  
     CWAV        0.587600 &@RU}DnvM&  
     HIN        1.517000       55.000000 7fVVU+y  
       RNORM    61.6138 8FMP)N4+  
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 HiWZ?G  
       1 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00    1 XDD  3   1.6576954E+01 -1.5772577E+02  5.5355850E+02 -1.2824350E+03  2.0288263E+03 QCjmg5bf'7  
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 `*slQ }i  
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR VTF),e!  
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 T.xW|Iwx  
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 4Qw!YI#40$  
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR =#W{&Te;  
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 l +#`  
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 c"| ^Lo.  
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR |.,y M|  
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 Ah"Rx A  
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 L4dbrPE*0  
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR (cMrEuv  
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 Mn=_lhW K  
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 A*$vk2VWw  
       9 USS  16 OLiYjYd  
     CWAV        0.587600 I[R?j?$}>  
     HIN        1.517000       55.000000 !is8`8F8  
       RNORM    17.8887 gh~C.>W}q+  
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 *BF1 Sso  
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 u-?&~WA  
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 ~"LOw_BRh  
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 ^awl-CG  
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR jHFdDw|N`  
      10 CV      -0.00643491 1mB6rp  
      10 UMC     -0.14285714 h\yYg'CC  
      10 TH     127.09309610 yXkgGY5  
    10    YMT      0.00000000 0wc+<CUW  
    11    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  END
aB$Y5  
! |}>Y  
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：
9eV@v  
这是表面9的轮廓
Obw uyhjQ  
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。
*d%m.:)N  
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。 "BTA"  
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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