| DOE在现代镜头设计中的应用:SYNOPSYS 光学设计软件
  f
wWI2"}  D4g$x'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。
 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?>  ?Ho~6q8O@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  s4uZ;
 NGRID 6 't'~p#$,F
 ANNEAL 200 20 Q {XAm3's
 COLORS 3 FGY4 u4y
 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
 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  >SS
YYyADA 5 QUIET T v2d?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 ]7 W!
 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
 lN@SfM4\
 该程序发现表面1使用DOE效果最好。
  T_T@0`7  V(/ @$&command ASY shows the data of this DOE. 7Q_AZR4
 rK^Sn7 U
 SPECIAL SURFACE DATA zB,Vi-)vH
 ______________________________________________________________________________ u7L!&/ 6On
 SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) 4rpx
 WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 ji'NR
 Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 Z+#	=]Kw)
 NORMALIZING RADIUS:       61.613800 UvR	F\x%
 DIFFRACTION ORDER:        -1 POZ5W)F(
 XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) RZKdh}B?\
 XD 13  5.395981E-06 (R**6)  XD 14  6.889557E-06 (R**8)
 xV]eEOiLM
 这只是一个非常小的改进。 我们很好奇如果我们增加第二个DOE将会发生什么。 这很容易测试。 将变量添加到我们刚刚添加的DOE术语的PANT文件中。
  AC`4n|,zJ;  *RPdU.VY 1 G 16 u;-_%?
 VY 1 G 26 I.V?O}
 VY 1 G 27 	QOb+6qy:3
 VY 1 G 28 SEf:u
 VY 1 G 29
 (+M]C]
 然后再次运行MACro。 这次它需要表面9的DOE。 }cl~Vo-mp
 评价函数有很大改进。 我们修改了PANT文件,因此它会改变两个DOE上的系数,并包括一些高阶项。 系数G32是12次幂系数,而ADA的默认值仅为8次幂。 (我们谨慎地注销ADA命令,所以我们没有得到第三个DOE!)
  |s<IZ2z]}R  ?2RDd|#!ADA 5 QUIET ED0Vlw+1
 '*`25BiQ
 PANT D/& 8[Z/Cn
 VY 0 YP1 2.xA' \M
 VLIST RD ALL 960[.99
 VLIST TH ALL '{e9Vh<x
 VY   1 GLM G6l:El&
 VY   3 GLM &Nzq/~uqP
 VY   5 GLM U/9i'D[|{
 VY   7 GLM  +0{$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,
 …
 N9SC\
 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  ^&|KuI+uRLE a/@F?\A
 ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 E}YJGFB7"
 ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 ~g#$'dS
 WAVL .6563000 .5876000 .4861000 :!'!V>#g
 APS               1  UNITS MM ZqONK^
 OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR 9 a$\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 ,$H[DX
 RNORM    61.6138 e$vvm bK.
 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$\,l.hE
 9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 Q>%{Dn\?
 9 GLM      1.89731741             37.87054525 p;x3gc;0
 9 USS  16 Ic<J]+Xq
 CWAV        0.587600 :`Z'vRj
 HIN        1.517000       55.000000 G/)]aGr
 RNORM    17.8887 !gyEw1Re7
 9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 C"gH>G
 9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 R(1N]>
 9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 r@30y/C
 9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 Z=I+_p_G
 10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR .='hYe.
 10 CV      -0.00643491 K(:
_52rt
 10 UMC     -0.14285714 o-}q|tD$<
 10 TH     127.09309610 ;	*ZiH%q,
 10    YMT      0.00000000 =>0G
 11    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  END
 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:
 jE#&u DfI &tjv.t 这是表面9的轮廓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。 bCSgdK
 
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