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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

5n?P}kca)  
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。 P")I)> Q6  
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。

3Y Mqp~4  
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。 hJ(vDv%  
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）。
Ba[,9l[  
    CORE 16 SMrfEmdH+  
        DSEARCH 1  QUIET <&m50pq  
        SYSTEM b- - tl@H  
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY eA7 Iv{M  
        OBB 0 25 12 9s<4`oa  
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 1 !_p  
Z3JUYEAS  
        UNITS MM lU doMm  
        END Srx:rUCv  
        GOALS Gko"iO#  
        ELEMENTS 5 X$5  
        FNUM 3.5 nG<oae6z"  
        BACK 0 0 ) (YNNu  
        TOTL 0 0 j{lurb)y  
        STOP MIDDLE TVcA%]y{;  
        STOP FREE ?# w} S%  
        RSTART 50 100 200 400 !'H$08Ql}  
        RT 0.5 AJ%E.+@=r  
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 IW~wO  
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 b*Y Wd3  
        NPASS 100 G:1d6[Q5{  
        DELAY 9999 ;mEn@@{  
        NGRID 6 bB?E(>N;  
        ANNEAL 200 20 Q ;j%I1k%A  
        COLORS 3 2]vTedSOl  
        SNAPSHOT 10 42]7N3:'  
        QUICK 40 100 !p+54w\ 2  
        END yMWh#[phH  
        SPECIAL PANT 2 `>a(  
+51heuu[o  
        END y.A3hV%6b  
        SPECIAL AANT (=^KP7  
        ACA 60 .1 1 To(I<W|{  
        ADT 6 .1 1 U5kKT.M  
        M 0 .01 A P HH 1 nsI+04[F  
        LLL 22 1 1 A BACK vS\2zwb}  
        LUL 250 1 1 A TOTL Nbr$G=U  
    END -  ]wT  
    GO
SO6)FiPy!n  
XSC=qg$  
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。 Y5tyFi#w[  
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。 f(pq`v^-n  
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？
_;03R{e*  
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。）
rhc+tR  
    ADA 5 QUIET }T4|Kyu?  
i*=~m O8E  
    PANT 67iI wY*8'  
    VY 0 YP1 .yy-jf/  
    VLIST RD ALL I Id4w~|  
    VLIST TH ALL O?X[&t  
    VY   1 GLM ^i%S}VK  
    VY   3 GLM aB6xRn9  
    VY   5 GLM c9nR&m8(+  
    VY   7 GLM T`!R ki%~  
    VY   9 GLM 1*=ev,Z  
    END Fs~(>w@  
    AANT P AEC ;+wB!/k,  
    ACC I5M\PK/  
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 -~{Z*1`,  
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 ]$"eGHX  
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 L"&T3i  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 Kd-1EU  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 :rL%,o"  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 LH4A!a]  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 n- 2X?<_Z  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 elR'e6Q  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 X8*g#lO?  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 p{L;)WTI  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 -!XG>Z  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 T2Yf7Szp  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 Z i6s0Uck  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 -iiX!@  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 !ekByD  
      ACA 60 .1 1 [8 Pt$5]^  
      M 0 .01 A P HH 1 >T[/V3Z~K  
      LLL 22 1 1 A BACK b11I$b #  
      LUL 250 1 1 A TOTL s-IE}I?;  
    END Y2DL%'K^  
    SNAP/DAMP 1 OV]xo8a;  
    SYNOPSYS   40
fi HE`]0  
;}+M2Ec51  
该程序发现表面1使用DOE效果最好。
,LA'^I?  
command ASY shows the data of this DOE. (C. $w  
iI<c  
SPECIAL SURFACE DATA 6RbDc *  
______________________________________________________________________________ w80X~  
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) Y_Gd_+oJ  
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 9;L4\  
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 WPRk>j  
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 sa8O<Ab  
DIFFRACTION ORDER:        -1  NAD^10  
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) H=BI%Z  
XD 13  5.395981E-06 (R**6)  XD 14  6.889557E-06 (R**8)
 zjUQ]  
5$ =[x!x  
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。
Ixn|BCi60A  
    VY 1 G 16 sg,\!'  
    VY 1 G 26 Ln# o:"E  
    VY 1 G 27 @_C]5D^J^~  
    VY 1 G 28 aLg,-@  
    VY 1 G 29
iTinZ!Ut  
iAH,f5T  
然后再次运行MACro。 这次它需要表面9的DOE。
7"Xy8]i{z  
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！）
0HWSdf|w  
    !ADA 5 QUIET sc]#T)xG  
R%3yxnM*  
    PANT ~3 bV~H#~m  
    VY 0 YP1 zh2<!MH  
    VLIST RD ALL N 8[r WJ#  
    VLIST TH ALL x~5,v5R^]  
    VY   1 GLM c6F?#@?   
    VY   3 GLM eA1g}ipm  
    VY   5 GLM +1wEoU.l2  
    VY   7 GLM h^(U:M=A  
    VY   9 GLM `e ZDG  
!U?C _  
    VY 1 G 16 6{5T^^x?<  
    VY 1 G 26 cI[i v  
    VY 1 G 27 p1'q{E+o*  
    VY 1 G 28 $?F_Qsy{d  
    VY 1 G 29 } `L;.9  
    VY 1 G 30 "1gIR^S%9  
    VY 1 G 31 g ba1R  
    VY 1 G 32 m u9,vH  
gN}$$vS  
    VY 9 G 16 drAJ-ii  
    VY 9 G 26 (.$$U3\  
    VY 9 G 27 [,U l  
    VY 9 G 28 _i ztQ78  
    VY 9 G 29 `pfgx^qG  
    VY 9 G 30 #Tc`W_-  
    VY 9 G 31 Y"t|0dO%b  
    VY 9 G 32 |\Gkhi>;  
    END B4un6-<i  
    …
#q:j~4)h  
P6%qNR/ x  
现在我们再次运行它，然后模拟退火。
U>kaQ54/  
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。
U`) " ;WN  
    RLE ]A[}:E 5}  
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 Uhvy 2}w  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 y3( ~8n  
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 p*W{*wZ_^  
     APS               1  UNITS MM 2. nT k   
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR ;LgMi5dN  
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 ~<u\YIJ  
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 =,*/Ph&  
     CWAV        0.587600 V #vkj  
     HIN        1.517000       55.000000 yx#!2Z0hw  
       RNORM    61.6138 v3[ZPc;;  
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 4%}iKoT   
       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 V?t*c [  
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 :JBt qpo2  
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR Y|mtQ E?c  
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 ,&,XcbJ  
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 >Ch2Ep  
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR a:P+HU:  
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 [GCaRk>b,  
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 iaMl>ua  
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR 6a9:P@tY  
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 `!X8Cn  
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 Y, Lpv|  
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR _$A?  
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 S9*68l  
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 SIM> Lz  
       9 USS  16 fvta<  
     CWAV        0.587600 2 .Xx)(>  
     HIN        1.517000       55.000000 zBca$Vp  
       RNORM    17.8887 9Pvv6WyKy  
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 e2%mD.I  
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 I7h v'3u  
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 8fQfu'LyjY  
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 I<W<;A  
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR BQ,749^S  
      10 CV      -0.00643491 ~"bBwPI  
      10 UMC     -0.14285714 9h+T O_T@F  
      10 TH     127.09309610 ?W dY{;&  
    10    YMT      0.00000000 (3K,f4S@  
    11    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  END
^Et^,I:`  
kxrYA|x  
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：
"\lO Op^-  
这是表面9的轮廓
w$]wd`N}  
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。
e~he#o[%a  
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。 C!K&d,M  
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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