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optics1210 2018-09-14 16:21

SYNOPSYS 光学设计软件课程二十六:融会贯通

vTF_`X  
pX/,s#dY>  
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。 SUQk0 (M  
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: 3-Xc3A=w  
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 .}zpvr8YP  
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。

Z )f\^  
    CORE 14 CUo %i/R  
    DSEARCH 3 QUIET B)cVbjTn  
]$gBX=  
    SYSTEM `:fc*n,*  
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS " O,TL *$  
    UNI MM drZ1D s  
    OBB 0 0.8 1.26 ".R5K ?  
    WA1 0.9 0.77 0.64 0.51 0.38 8!uqR!M<C  
    CORDER 3 1 5 (1my9k5C  
    END nQW`X=Ku  
j*aYh^  
    GOALS !\%0O`b^4  
    ELEMENTS 8 7iJ=~po:o  
    FNUM 0.7143 100 &\0V*5tI  
    BACK 0 0 |:?JSi0  
    TOTL 0 0 v<qiu>sbz}  
    STOP FREE fm%1vM$[J  
    COLORS M `*nK@:  
    RSTART 10 M~1 n#  
    THSTART .25 !z.C}n5F  
    ASTART 0.1 D9|?1+Kc  
    RT 0.7 )=)=]|3  
    OPD }m6j6uAR6)  
    QUICK 50 50 ja2PmPv  
    ANNEAL 200 20 Q ^Q\O8f[u  
    END bl)iji`]  
!MiH^wP  
    SPECIAL PANT r ]cC4%in  
    SLIMIT 100 0.1 q3s +?&  
dU~DlaEy(  
    END mf>cv2+  
MFyMo  
    SPECIAL AANT      ! SMALL ELEMENTS; CAN BE CLOSE TOGETHER小透镜; 可以一起关闭 jBvZ>H+w~  
_\P9~w `  
    AEC .1 1 .05          ! edge monitor边缘探测器 h*qoe(+ZD  
    ACM .1 1 .05          ! minimum element TH 透镜最小厚度 (HUGgX"=  
    ACC 8 1 0.5      ! maximum TH最大透镜TH +I?T|Iin  
    ACA 70 1 1           ! avoid critical-angle refraction避免临界角度折射 !1H\*VM "  
    LUL 45 1 1 A TOTL ! limit track length 限制总长 qOKC2WD  
    A BACK @YEdN}es  
    M 0.5 1 A BACK          ! want image clearance of 0.5mm _/)?GXwLn  
            想要0.5mm的图像间隙 79>8tOuo  
    M 0 1 A P YA 1 S GIHT          ! control distortion控制畸变 7Lr}Y/1=  
    M 0 1 A P HH 1 END          ! and make telecentric 使其远离中心 I oz rZ  
o9:GKc  
    GO
A~!3svJW  
@a1+  
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:
m*h, <,}-+  
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。
GMZj@q  
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。 Qhd~4  
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。
Z81{v<c;  
    PANT AID}NQ Qj_  
    SLIM 100 0.1 i8`&XGEd  
        VY 0 YP1      ! let the program find the best stop position 让程序找到最佳光阑位置 (\si/&  
    VLIST RD ALL BW>f@;egg  
    VLIST TH ALL l/BE~gdl  
    END FshQ OFW  
    AANT P Z' 0Gd@/  
    M   0.140000E+01  0.100000E+03 A CONST 1.0 / DIV FNUM Ah2%LXdHA  
    GSR     0.500000     1.000000      4  M    0.000000 VvwQz#S  
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    0.500000 k MS[   
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    1.000000 xi6Fs, 2S  
    AEC .1 1 .05 `nO!_3  
    ACM .1 1 .05 5@+8*Fdk  
    ACC 8 1 0.5 5Dy800.B2  
    ACA 70 1 a; Ihv#q  
    LUL 45 1 1 A TOTL ^ ,Bxq^'D  
    A BACK N~ -N Q  
    M 0.5 1 A BACK XV2f|8d>  
    M 0 1 A P YA 1 vXnTPjbE  
    S GIHT y?-wjJS>  
    M 0 1 A P HH 1 JF>mybB  
    END wovWEtVBU  
    SNAP 10 0;Y_@UVj  
    SYNOPSYS 40 0 FIX 30
$4V ~hI 4  
9-+6Ed^2  
我们保存文件并命名为GSOPT.MAC,因此会产生第二个宏去驱使GSEARCH运行我们想要的结果。(L26M3)
46'EZ@#s  
    GSEARCH 3 QUIET LOG ~9qDmt,i  
    SURF a$I; L  
    1 3 5 7 9 11 13 15 Llf>C,)  
    END ?K7m:Dx  
    NAMES :~ 3/  
    S N-PK52A 35yhe:$nf  
    S N-F2 ;o\0:fzr  
    S P-SF68 ^/HE_keY  
    END O'deQq[  
    USE 3           ! 仅允许使用所有三种玻璃类型的情况 voaRh@DZ%/  
    GO
5:f}bW*  
l\5}\9yS  
然后我们运行这个文件。 d]h[]Su/?  
我们得到的结果如下:
FXFQ@q*}v  
这已经接近要求 - 但让我们尝试其他的东西。超消色差的理论适用于薄透镜,并且这些薄透镜不是很薄。 回到DSEARCH的结果,这一次要求GSEARCH从Schott目录中找到相应玻璃,与目前的玻璃相差不远。 将GSEARCH MACro更改为
\z8TYx@  
    GSEARCH 3 QUIET LOG p/WEQ2   
    SURF s&vOwPmV  
    1 3 5 7 9 11 13 15 ~ K^Z4  
    END Zx<s-J4o=w  
    NEAREST 3 P K/Axojo  
    S K:P gkc  
    END yPm)r2Ck  
l\5qa_{z  
    GO
}6eWdm!B  
3Nw9o6`U  
然后再次运行它。 结果更好,如下所示。
:$[m[y7i  
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:
bdqo2ZO  
    AED 3 QUIET 1 16
v}-'L#6  
@ky5X V  
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:
lXm]1 *<  
只需要七个镜片! 让我们来看看MTF效果。
vVKiE 6^  
    FCO 0 \J0gzi.  
    MFF lbg!B4,  
    ICOL M GVY_u@6   
    HBAR 0 .5 .75 1 <s-_ieW'  
    GBAR 0 $|z8WCJ  
    PLOT
pz?.(AmU\  
g9I2SdaJ  
让我们看看后焦点位置与波长的函数。 输入AI句子 Czb@:l%sc  
我们完成了吗? 让我们看看后焦点位置与波长的函数有多稳定。 输入AI句子
W ;IvR   
    PLOT BACK FOR WAVL = .38 TO .9
V )1SZt@x  
SL:o.g(>4  
在这个宽谱范围内,近轴焦点位置仅变化约0.6 uM。 是的,这是一个很好的镜头! 在你真正制作镜头之前,请将光阑移动到表面5 - 但这对于本课来说已经足够了。 您可以看到SYNOPSYS如何轻松应对这一具有挑战性的问题。 t ba%L  
如果七个镜片的结果不够好怎么办? 那么,您可以尝试自动透镜插入功能,添加该命令行
50rq} -  
    AEI 3 1 14 CONLY 100 1 10 50
V# w$|B\  
Y cO tPS%  
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。 +t/ VF(!  
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。 if:2sS9r  
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。 ,_YCl09p(  
如果你想了解我们优秀镜头的属性,这里是RLE文件:
E'Egc4Z2=l  
    RLE |...T 4:^Y  
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS       50760 kY xn5+~  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001011101     93 >F,~QHcz  
     FNAME 'DSEARCH07.RLE                                     ' .knRH^  
     MERIT   0.252142E-03 s qac>v  
     LOG    50760 r6 ,5&`&  
     WA1 .9000000 .7700000 .6400000 .5100000 .3800000 dB_\0?jJ-  
     CORDER   3   1   5   2   4 Uh?SDay  
     WT1 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 !K(0)~u  
     APS               1  UNITS MM ;% !'K~  
     OBB  0.000000      0.80000      1.26000     -0.14478      0.00000      0.00000      1.26000    0 AIR 49_b)K.tB  
       1 RAD    -12.3575888493127   TH      8.00349843 Gt\F),@  
       1 N1 1.70683888 N2 1.71075605 N3 1.71661866 N4 1.72704962 N5 1.75095371 '!{zO" 1*  
       1 CTE   0.568000E-05 -UPdgZ_Vxz  
    1    GTB S    'N-LAK10         ' J h M.P9  
    2    RAD      5.6036307276255   TH      0.42904026 AIR 398}a!XM  
    3    RAD      8.4130780171013   TH      6.59790611 @(Ou;Uy  
       3 N1 1.73259261 N2 1.73873215 N3 1.74890937 N4 1.76882390 N5 1.82136771 `<y2l94tL  
       3 CTE   0.800000E-05 #\@*C=  
    3    GTB S    'SF4             ' X!"ltNd  
    4    RAD     -9.1818032305934   TH      5.54967141 AIR :%xiH%C>  
    5    RAD    -56.1367087651872   TH      8.00224863 v~ZdMQvwt  
       5 N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514 ?8b?{`@V  
    5    GTB S    'N-LASF46B       ' vy1:>N?#5  
    6    RAD      4.8482482223468   TH      0.10000000 AIR DDc?G Y:  
    7    RAD      4.3440291976542   TH      1.00000148 =<iK3bPkU  
       7 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013 sh:sPzQ%Jv  
       7 CTE   0.130100E-04 ^C_Y[i ~|  
    7    GTB S    'N-PK52A         ' 0z_e3H{P27  
    8    RAD     -5.7980974504808   TH      0.10000000 AIR 5RI"g f  
    9    RAD      3.1580916229850   TH      1.00865373 VoWlBH  
       9 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013    9 CTE   0.130100E-04 ^0ipM/Lg  
    9    GTB S    'N-PK52A         ' ArbfA~jXB  
    10    RAD     -6.1466379437070   TH      0.12251679 AIR f77Jn^Dt  
    11    RAD     -5.2492188361156   TH      6.03606534 MY4cMMjp~  
      11 N1 1.88762683 N2 1.89708892 N3 1.91293610 N4 1.94491007 N5 2.03856725 /*`u(d2g  
      11 CTE   0.590000E-05 `kVy1WiY  
    11    GTB S    'N-SF66          ' FJp~8 x=  
    12    RAD     -7.8896787646760   TH      0.10004337 AIR _rY,=h{+  
    13    RAD      1.1618206771614   TH      1.00000000 HPg@yx"U  
    13    N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514   13 GTB S    'N-LASF46B       ' M{3He)&  
    14    RAD      1.0699320226013   TH      0.49970566 AIR "S_t%m&R  
      14 TH       0.49970566 tO)mKN+ (  
    14    YMT      0.00000000 xuv%mjQ  
    15    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  END
+i4S^B/8i  
5yuj}/PZ  
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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