SYNOPSYS 光学设计软件课程二十六：融会贯通

U2CC#,b!(
@!^Y_q
在本课中，我们将进行一项高难度的镜头设计任务，该任务将包含您在之前课程中学到的许多强大功能。 [z!pm-Ir
这种镜头须在0.38到0.9微米的波长范围内工作。此外，我们希望镜头光圈数F / 0.714。以下是要求： 9Ais)Wy%p
1. 光源在无穷远处，0.8度半视场，1.26毫米半孔径。 2. 光谱范围0.38至0.9微米。 3. F/number 0.714 4. 总长不超过45毫米。 5. 良好的畸变校正。 6. 像方远心。 7. 无薄边边缘，中心厚度不超过8毫米 BCtKxtbS
这个任务可能需要10个镜片，但是我们想逐渐增加镜片。我们为DSEARCH设置了输入，要求提供8个镜片的透镜。这将为我们提供一些潜在的初始结构，一旦我们看到事情的进展，就可以根据需要增加复杂性。由于光谱范围很宽，我们选择指定五个波长而不是通常的三个波长，以避免中间波长的误差。

8U}+9
    CORE 14 Gte\=0Wr
    DSEARCH 3 QUIET Ihv@2{*(b
QL*RzFAD3
    SYSTEM /IF?|71,m
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS DuLl"w\_@
    UNI MM {ft |*
    OBB 0 0.8 1.26 }$g"|;<ha
    WA1 0.9 0.77 0.64 0.51 0.38 \:+ NVIN
    CORDER 3 1 5 fIJX5)D
    END M^Tm{`O!
db&!t!#,
    GOALS +\?+cXSc
    ELEMENTS 8 1 1(GCu
    FNUM 0.7143 100 zKp R:F
    BACK 0 0 mA"[x_
    TOTL 0 0 VTY #{
    STOP FREE J'tJY% `
    COLORS M H)CoByaj
    RSTART 10 7|jy:F,w%
    THSTART .25 oTx>oM,
    ASTART 0.1 e)m6xiZ
    RT 0.7 p<?lF
    OPD *`LrvE@t
    QUICK 50 50 +SW|/oIU
    ANNEAL 200 20 Q \v$zU
    END pF9WKpzE
LROrhO
    SPECIAL PANT !6a;/ys
    SLIMIT 100 0.1 Q2:rWE{K!
k'+y
    END $&1Dl
Qvel#*-4
    SPECIAL AANT      ! SMALL ELEMENTS; CAN BE CLOSE TOGETHER小透镜; 可以一起关闭 72_+ b
ydj*Jy'
    AEC .1 1 .05          ! edge monitor边缘探测器 #_UP}G$
    ACM .1 1 .05          ! minimum element TH 透镜最小厚度 4bL? V^@7
    ACC 8 1 0.5      ! maximum TH最大透镜TH dBS_N/
    ACA 70 1 1           ! avoid critical-angle refraction避免临界角度折射 ] SLeWs
    LUL 45 1 1 A TOTL ! limit track length 限制总长 yu&muCA
    A BACK `^ a:1^
    M 0.5 1 A BACK          ! want image clearance of 0.5mm 9U4[o<G]=
            想要0.5mm的图像间隙 D,|TQQ
    M 0 1 A P YA 1 S GIHT          ! control distortion控制畸变 Q7{{r&|t&
    M 0 1 A P HH 1 END          ! and make telecentric 使其远离中心 Ye$; d ~
(`4&Y-
    GO

运行这个文件，在不到一分钟的时间内获得一个不错的起点。 DSEARCH为我们创建了一个优化MACro，在运行它然后运行了几个周期后，我们得到了这个设计：

由于色差校正将是一个挑战，下一步是找到一些有可能制造“超消色差”的透镜。使用命令MGT打开玻璃库，选择Schott玻璃库，单击图形按钮，然后选择底部选项，以绘制P *与P **。需要三种玻璃在一条长线上。按住单击镜片P-SF68，它定义了线的底部，然后单击镜片N-PK52A，定义顶部。

看到玻璃N-F2吗?它在线的中心附近。这给了三种类型的玻璃，但是我们还不知道该给哪个透镜赋值。不要担心:GSEARCH可以告诉我们。
接下来创建两个文件。第一个是普通的优化文件。使用DSEARCH为我们很好地创建的MACro，删除GLM变量并请求40次运行。如果上述玻璃组合导致光线追迹失败，，须要求优化程序运行自动光线故障修复程序。

a>9_#_hI
    PANT 2J%L%6z8~
    SLIM 100 0.1 \I^"^'CP
        VY 0 YP1      ! let the program find the best stop position 让程序找到最佳光阑位置 m,J IId%O
    VLIST RD ALL R0F [
    VLIST TH ALL _n{_\/A6f
    END /q,=!&f2
    AANT P R y(<6u0
    M   0.140000E+01  0.100000E+03 A CONST 1.0 / DIV FNUM cfRUVe
    GSR     0.500000     1.000000      4  M    0.000000 +nim47
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    0.500000 _[i.)8$7
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    1.000000 U2tgBF?)A
    AEC .1 1 .05 uEG4^
    ACM .1 1 .05 QMmZvz\^
    ACC 8 1 0.5 uFhPNR2l
    ACA 70 1 1?3+>
    LUL 45 1 1 A TOTL wZ69W$,p
    A BACK dm40qj
    M 0.5 1 A BACK .IVKgQ B
    M 0 1 A P YA 1 >{-rl@^H:
    S GIHT !'IZr{Y>
    M 0 1 A P HH 1 0NU3% 4?
    END UH;bg}=8
    SNAP 10 L{l}G,j<
    SYNOPSYS 40 0 FIX 30

我们保存文件并命名为GSOPT.MAC，因此会产生第二个宏去驱使GSEARCH运行我们想要的结果。(L26M3)

Vpzjh,r-j
    GSEARCH 3 QUIET LOG W(?J,8>
    SURF #7]>ozKm
    1 3 5 7 9 11 13 15 ="f-I9y
    END 2 e#"JZ=
    NAMES 6W3."};
    S N-PK52A ygX!'evY
    S N-F2 6#Y]^%?uy
    S P-SF68 n "^rS}Y]
    END }H saJ=1U
    USE 3           ! 仅允许使用所有三种玻璃类型的情况 w(X}
    GO

然后我们运行这个文件。
我们得到的结果如下：

这已经接近要求 - 但让我们尝试其他的东西。超消色差的理论适用于薄透镜，并且这些薄透镜不是很薄。回到DSEARCH的结果，这一次要求GSEARCH从Schott目录中找到相应玻璃，与目前的玻璃相差不远。将GSEARCH MACro更改为

'MB+cz+v
    GSEARCH 3 QUIET LOG <{hB&4oL
    SURF !{ _:k%B
    1 3 5 7 9 11 13 15 RdL5VAD
    END &e#pL`N
    NEAREST 3 P {{[@ X
    S gbh/`
    END G;A
dVGcth;
    GO

然后再次运行它。结果更好，如下所示。

我们是否可以用更少的透镜来达到我们的目的?使用自动透镜删除功能很容易找到。在优化MACro的顶部添加一个新的命令行：

d{(Rs.GuP
AED 3 QUIET 1 16

并再次运行它。程序检测到您可以删除透镜5。点击OK（删除该透镜），从MACro中删除AED行，然后重新优化并模拟退火。现在你得到了这个：

只需要七个镜片！让我们来看看MTF效果。

a8%T*mk(
    FCO 0 A)d0Z6G`
    MFF O8rd*+
    ICOL M 5H 1x-b
    HBAR 0 .5 .75 1 66+]D4(k
    GBAR 0 gu'+kw
    PLOT

让我们看看后焦点位置与波长的函数。输入AI句子
我们完成了吗？让我们看看后焦点位置与波长的函数有多稳定。输入AI句子

>s,*=a
PLOT BACK FOR WAVL = .38 TO .9

在这个宽谱范围内，近轴焦点位置仅变化约0.6 uM。是的，这是一个很好的镜头！在你真正制作镜头之前，请将光阑移动到表面5 - 但这对于本课来说已经足够了。您可以看到SYNOPSYS如何轻松应对这一具有挑战性的问题。
如果七个镜片的结果不够好怎么办？那么，您可以尝试自动透镜插入功能，添加该命令行

YYkgm:[
AEI 3 1 14 CONLY 100 1 10 50

到MACro的顶部。这将在所有当前镜头的每一侧依次添加胶合透镜，然后返回最佳效果的组合。使用这些工具，您可以选择其中一种方式如果您还想尝试空气间隔，请将CONLY更改为CEMENT。然后他们也将进行测试。
如果我们在P * -P **图上选择不同的行，会发生什么？这会给我们三种不同的玻璃尝试。在尝试之前，你永远不会知道还有什么可能比这更好。
当你拥有如此多的强大工具时，探索其他组合很有趣并且往往是有益的。
如果你想了解我们优秀镜头的属性，这里是RLE文件：

ilQ\+xR{b
    RLE ]x3 )OjH
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS       50760 wJvk
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001011101     93 o(t`XE['<
     FNAME 'DSEARCH07.RLE                                     ' K+yi_n L
     MERIT   0.252142E-03 wjOqCF"
     LOG    50760 6+PP(>em
     WA1 .9000000 .7700000 .6400000 .5100000 .3800000 F[.IF5_
     CORDER   3   1   5   2   4 #SD2b,f
     WT1 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 MzlE
     APS               1  UNITS MM fKuaom9
     OBB  0.000000      0.80000      1.26000     -0.14478      0.00000      0.00000      1.26000    0 AIR (ueH@A"9;
       1 RAD    -12.3575888493127   TH      8.00349843 gKIN* Od
       1 N1 1.70683888 N2 1.71075605 N3 1.71661866 N4 1.72704962 N5 1.75095371 G~Y#l@8M+
       1 CTE   0.568000E-05 X&K,,C
    1    GTB S    'N-LAK10         ' A7|x|mW
    2    RAD      5.6036307276255   TH      0.42904026 AIR ?:zMrlX
    3    RAD      8.4130780171013   TH      6.59790611 F{}:e QD
       3 N1 1.73259261 N2 1.73873215 N3 1.74890937 N4 1.76882390 N5 1.82136771 2fPMZ7Zd3
       3 CTE   0.800000E-05 otP2qAI
    3    GTB S    'SF4             ' )*o) iN 7l
    4    RAD     -9.1818032305934   TH      5.54967141 AIR :4COPUBpPV
    5    RAD    -56.1367087651872   TH      8.00224863 0nlh0u8#
       5 N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514 DFGgyFay
    5    GTB S    'N-LASF46B       ' -OfAl~ 4
    6    RAD      4.8482482223468   TH      0.10000000 AIR 2"Y=*s
    7    RAD      4.3440291976542   TH      1.00000148 xz,M>Ua
       7 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013 6b!1j,\Vx
       7 CTE   0.130100E-04 !A_KCM:Ym
    7    GTB S    'N-PK52A         ' VrFI5_M/
    8    RAD     -5.7980974504808   TH      0.10000000 AIR EkN>5).
    9    RAD      3.1580916229850   TH      1.00865373 V<REcII.
       9 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013    9 CTE   0.130100E-04 ^$lsmF]^
    9    GTB S    'N-PK52A         ' QkO4Td<
    10    RAD     -6.1466379437070   TH      0.12251679 AIR OQT i$2
    11    RAD     -5.2492188361156   TH      6.03606534 O}7aX '
      11 N1 1.88762683 N2 1.89708892 N3 1.91293610 N4 1.94491007 N5 2.03856725 23q2u6.F`
      11 CTE   0.590000E-05 L+)mZb&
    11    GTB S    'N-SF66          ' ayA_[{j%X
    12    RAD     -7.8896787646760   TH      0.10004337 AIR dBW#PRg
    13    RAD      1.1618206771614   TH      1.00000000 "n<u(m8E
    13    N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514   13 GTB S    'N-LASF46B       ' 9x9E+DG#(
    14    RAD      1.0699320226013   TH      0.49970566 AIR Gs}lw'pK
      14 TH       0.49970566 z&[[4[
    14    YMT      0.00000000 )#Y:Bj7H@2
    15    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  END

你认为你可以通过不同的镜头设计程序快速找到这种设计吗？我们不这么认为。尝试一下，如果它成功的话，让我们知道它花了多长时间。

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