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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

cG|)z<Z  
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。 C)^FRnb  
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。

rNzsc|a:  
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。 <^:e)W  
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）。
Z2z"K<Z W  
    CORE 16 $'$#Xn,hU  
        DSEARCH 1  QUIET 8o' a  
        SYSTEM GKPC9;{W  
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY x+~IXi>Ig  
        OBB 0 25 12 xEK+NKTeV  
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 F 8*e  
y/' ^r?  
        UNITS MM a }6Fj&hj  
        END L||_Jsu  
        GOALS 8?qEv,W  
        ELEMENTS 5 %(4G[R[  
        FNUM 3.5 ?h`Ned0P  
        BACK 0 0 tT7< V{i4  
        TOTL 0 0 gI^);J rTE  
        STOP MIDDLE $V"NB`T  
        STOP FREE StUiL>9T#  
        RSTART 50 100 200 400 )tQG5.to  
        RT 0.5 @g|E b}t  
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 6 bL+q`3>  
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 J"w!Q\_  
        NPASS 100 UN`F|~@v  
        DELAY 9999 U^_'e_)  
        NGRID 6 wv,,#P  
        ANNEAL 200 20 Q oo\0X  
        COLORS 3 Ph&AP*Fq  
        SNAPSHOT 10 dZ!Wj7K)  
        QUICK 40 100 z-G|EAON"/  
        END T!6H5>zA  
        SPECIAL PANT 8kZ ~  
<j1l&H|ux,  
        END 2A3;#v  
        SPECIAL AANT Uo{h. .7?  
        ACA 60 .1 1 ]2n&DJu  
        ADT 6 .1 1 W(*:8}m,p  
        M 0 .01 A P HH 1 {8M=[4_`l  
        LLL 22 1 1 A BACK xG<H${ k;  
        LUL 250 1 1 A TOTL E-,74B&H  
    END p},6W,f  
    GO
-&Fxg>FrYb  
gnbs^K w  
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。 bw#zMU^E  
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。 @aR!  -}  
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？
9GS<d.#Nvc  
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。）
b5YjhRimS  
    ADA 5 QUIET k4_Fn61J/  
w<_.T#  
    PANT HMNjQ 1y  
    VY 0 YP1 8WWRKP1V  
    VLIST RD ALL {! RW*B  
    VLIST TH ALL ).eT~e Gj  
    VY   1 GLM |u)?h] >  
    VY   3 GLM W|=?-  
    VY   5 GLM <\x/Y$jm0n  
    VY   7 GLM R!xs;|]  
    VY   9 GLM b:7;zOtF  
    END \()\pp~4  
    AANT P AEC ?8Cxt|o>  
    ACC Kzxzz6R?  
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 JGIN<J85e  
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 7\^b+*  
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 gcr,?rE<  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 E66e4?"  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 Y',s|M1})\  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 _,b%t1v  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 MxxYMR  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 K&"Yv~h  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 yhEU *\:  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 ZeK*MPxQ  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 9A\J*OU  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000  D@qq=M  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 r6]r+!63"  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 mKZ?H$E%%  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 V~5vVY_HG&  
      ACA 60 .1 1 O:q}<ljp  
      M 0 .01 A P HH 1 ,KkENp_  
      LLL 22 1 1 A BACK >8SX,  
      LUL 250 1 1 A TOTL [w~teX0!  
    END uW4G!Kw28  
    SNAP/DAMP 1 %-]j;'6}cX  
    SYNOPSYS   40
RrLQM!~  
:RHNV  
该程序发现表面1使用DOE效果最好。
.eXIbd<C  
command ASY shows the data of this DOE. 2U>1-p&dn  
3z: rUhA  
SPECIAL SURFACE DATA I Jq$GR  
______________________________________________________________________________ [x!T<jJ  
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) jD_(im5  
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 6\O4R  
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 Mim 9C]h(  
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 \ ;Hj,z\  
DIFFRACTION ORDER:        -1 G#duZNBdc  
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) /.05rTpp  
XD 13  5.395981E-06 (R**6)  XD 14  6.889557E-06 (R**8)
OdRXNk:k-j  
x:;8U i"&B  
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。
bm%2K@ /U  
    VY 1 G 16 uVDB; 6  
    VY 1 G 26 (5-"5<-@R  
    VY 1 G 27 O:r<es1  
    VY 1 G 28 &[I#5 bGk  
    VY 1 G 29
oX3Q9)  
jY>KF'y  
然后再次运行MACro。 这次它需要表面9的DOE。
g_>)Q  
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！）
peGXU/5.I  
    !ADA 5 QUIET 1$@k@*u\  
'4HwS$mW3  
    PANT &[S)zR=?  
    VY 0 YP1 0g]ABzTn  
    VLIST RD ALL HtY\!_Ea  
    VLIST TH ALL "5XD+qi  
    VY   1 GLM 5[I> l  
    VY   3 GLM D6bCC; h=  
    VY   5 GLM sF_.9G)S0  
    VY   7 GLM E'[pNU*"x-  
    VY   9 GLM CN brXN  
~DqNA%Mb  
    VY 1 G 16 "793R^Tz  
    VY 1 G 26 76=uk!#3{  
    VY 1 G 27 'y-IE#!5  
    VY 1 G 28 xZ`t~4qR  
    VY 1 G 29 aH"tSgi  
    VY 1 G 30 4CX*  
    VY 1 G 31 $C#~c1w  
    VY 1 G 32 F\-qXSA  
*i5&x/ds  
    VY 9 G 16 seAkOIc  
    VY 9 G 26 '-w G  
    VY 9 G 27 e yTYg  
    VY 9 G 28 XFK$p^qu  
    VY 9 G 29 &??(EA3  
    VY 9 G 30 Dvd.Q/f  
    VY 9 G 31 RG*Nw6A  
    VY 9 G 32 cY\-e?`=4  
    END ( Y/ DMQ  
    …
/8W}o/,s5  
~Gwn||g78  
现在我们再次运行它，然后模拟退火。
F;q I^{m2  
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。
n=rPFp RLF  
    RLE lzS"NHs<g(  
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 0" R|lTYq  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 wQ.ild  
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 J=4S\0Z*  
     APS               1  UNITS MM Y 3KCIL9  
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR 1f[!=p  
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 #B+2qD>E  
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 / d6mlQS  
     CWAV        0.587600 kP8Ypw&  
     HIN        1.517000       55.000000 5r zB "L  
       RNORM    61.6138 q%>L/KJ#  
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 )%ja6Vg  
       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 XHpoaHyx  
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 ZV;#ZXch  
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR >-)i_C2  
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 uY "88|  
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 #exE ~@fy-  
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR *"9b?`E  
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 83TN6gW  
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 PjsQ+5[>  
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR >xP $A{  
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 7z%zXDe~T[  
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 I[[rVts  
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR lfj>]om$  
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 EWqKd/  
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 fWKv3S1dT  
       9 USS  16 bd)A6a\h  
     CWAV        0.587600 &lGp /m:  
     HIN        1.517000       55.000000 y\x!Be;6Z.  
       RNORM    17.8887 @9vz%1B<l  
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 kk!}mbA_}  
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 xTAC&OCk^[  
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 { Ja#pt  
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 e?Cbl'  
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR U8< GD|  
      10 CV      -0.00643491 QKOo # 7  
      10 UMC     -0.14285714 hsfVKlw-  
      10 TH     127.09309610 FirmzB Il5  
    10    YMT      0.00000000 YJ!6)d?C.  
    11    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  END
dnNc,l&g  
MWhFNfS8=  
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：
YO-O-NEP  
这是表面9的轮廓
F*I{?NRN1  
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。
`7N[rs9|S  
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。 O'idS`   
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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