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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

%\ef Mhn  
_}RzJKl@  
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。 u^NZsuak  
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: tP ;^;nw  
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 [sF z ;Py]  
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。

}'.k  
    CORE 14 vbT,! cEm  
    DSEARCH 3 QUIET h%yw'?s  
r|W 2I,P  
    SYSTEM 9u&q{I  
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS @M!Wos Rk  
    UNI MM }jWZqIqj  
    OBB 0 0.8 1.26 6}aH>(3!A  
    WA1 0.9 0.77 0.64 0.51 0.38 @ 4%a  
    CORDER 3 1 5 P.Uz[_&l6  
    END E"{2R>mU~  
Sgy_?Y  
    GOALS 9=wt9` ?  
    ELEMENTS 8 B}y`E <  
    FNUM 0.7143 100 '.8E_Jd0E  
    BACK 0 0 KNZN2N)wR  
    TOTL 0 0 (g>>   
    STOP FREE gBZ1Weu-'  
    COLORS M gfW8s+  
    RSTART 10 eJv_`#R&Of  
    THSTART .25 A,4|UA?-  
    ASTART 0.1 E)h&<{%  
    RT 0.7 n,+/%IZ  
    OPD /v^1/i  
    QUICK 50 50 2G9sKg,kL  
    ANNEAL 200 20 Q F7r!zKXZ  
    END >PD*)Uq&  
O=C z*j  
    SPECIAL PANT @! gJOy  
    SLIMIT 100 0.1 '@epiF&  
r6#It$NU  
    END Q#} 0pq  
cGVIO"(VP  
    SPECIAL AANT      ! SMALL ELEMENTS; CAN BE CLOSE TOGETHER小透镜; 可以一起关闭 vg6 ' ^5S7  
qek[p_7  
    AEC .1 1 .05          ! edge monitor边缘探测器 HpD<NVu  
    ACM .1 1 .05          ! minimum element TH 透镜最小厚度 |*w}bT(PfR  
    ACC 8 1 0.5      ! maximum TH最大透镜TH >%o\Ue  
    ACA 70 1 1           ! avoid critical-angle refraction避免临界角度折射 bQ3EBJT{P  
    LUL 45 1 1 A TOTL ! limit track length 限制总长 uN)o|7  
    A BACK {+&qC\YF  
    M 0.5 1 A BACK          ! want image clearance of 0.5mm !&k}YF  
            想要0.5mm的图像间隙 ^lp#j;Df  
    M 0 1 A P YA 1 S GIHT          ! control distortion控制畸变 {"([p L  
    M 0 1 A P HH 1 END          ! and make telecentric 使其远离中心 [1\k'5rp  
0L5 n<<7  
    GO
l; ._ ?H  
yX'f"*  
运行这个文件,在不到一分钟的时间内获得一个不错的起点。 DSEARCH为我们创建了一个优化MACro,在运行它然后运行了几个周期后,我们得到了这个设计:
P!apAr  
由于色差校正将是一个挑战,下一步是找到一些有可能制造“超消色差”的透镜。 使用命令MGT打开玻璃库,选择Schott玻璃库,单击图形按钮,然后选择底部选项,以绘制P *与P **。 需要三种玻璃在一条长线上。 按住单击镜片P-SF68,它定义了线的底部,然后单击镜片N-PK52A,定义顶部。
R2 I 7d'|v  
看到玻璃N-F2吗?它在线的中心附近。这给了三种类型的玻璃,但是我们还不知道该给哪个透镜赋值。不要担心:GSEARCH可以告诉我们。 Hlr[x  
接下来创建两个文件。 第一个是普通的优化文件。 使用DSEARCH为我们很好地创建的MACro,删除GLM变量并请求40次运行。 如果上述玻璃组合导致光线追迹失败,,须要求优化程序运行自动光线故障修复程序。
el;eyGa  
    PANT ])sIQ{P  
    SLIM 100 0.1 =@%Ukrd@  
        VY 0 YP1      ! let the program find the best stop position 让程序找到最佳光阑位置 'fqX^v5n  
    VLIST RD ALL nSM8o<)H  
    VLIST TH ALL v%=@_`Ht  
    END Ig sK7wn  
    AANT P m@z.H;  
    M   0.140000E+01  0.100000E+03 A CONST 1.0 / DIV FNUM ~T{^7"q\  
    GSR     0.500000     1.000000      4  M    0.000000 r}1.=a  
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    0.500000 C`Oc%~UkC  
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    1.000000 X(`wj~45VX  
    AEC .1 1 .05 `k 5'nnyP  
    ACM .1 1 .05 sr=~U q{g  
    ACC 8 1 0.5 <;R}dlBASW  
    ACA 70 1 yFYFFv\?  
    LUL 45 1 1 A TOTL -Dx_:k|k  
    A BACK m=hlim;P,  
    M 0.5 1 A BACK @&AUbxoj  
    M 0 1 A P YA 1 N '8u}WO  
    S GIHT ?51Y&gOEZ  
    M 0 1 A P HH 1 3($cBC  
    END O)$rC  
    SNAP 10 0I`)<o-  
    SYNOPSYS 40 0 FIX 30
q$|Wxnz  
s?:&#  
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)
)nK-39,G  
    GSEARCH 3 QUIET LOG -/y]'_a  
    SURF (SEE(G35  
    1 3 5 7 9 11 13 15 N5yt'.d  
    END R7q\^Yzo  
    NAMES /Vg=+FEO  
    S N-PK52A ZCT\4Llv#  
    S N-F2 !>,\KxnM  
    S P-SF68 7O=N78M  
    END C V{kP8#  
    USE 3           ! 仅允许使用所有三种玻璃类型的情况 "}ms|  
    GO
O7M8!3Eqm  
:?2@qWaL  
然后我们运行这个文件。 zA ; 7Nv$3  
我们得到的结果如下:
eWgqds&#  
这已经接近要求 - 但让我们尝试其他的东西。超消色差的理论适用于薄透镜,并且这些薄透镜不是很薄。 回到DSEARCH的结果,这一次要求GSEARCH从Schott目录中找到相应玻璃,与目前的玻璃相差不远。 将GSEARCH MACro更改为
\-]zXKl2k  
    GSEARCH 3 QUIET LOG e;*GbXd|  
    SURF >{seaihK  
    1 3 5 7 9 11 13 15 [eWZ^Eh"I  
    END )2tDX=D  
    NEAREST 3 P ]tjQy1M  
    S T uk:: .jD  
    END K-a~Kr  
9_h  V1:  
    GO
K~C6dy  
StuQ}  
然后再次运行它。 结果更好,如下所示。
<WHu</  
我们是否可以用更少的透镜来达到我们的目的?使用自动透镜删除功能很容易找到。在优化MACro的顶部添加一个新的命令行:
%OIJ.  
    AED 3 QUIET 1 16
SH009@l_8  
TbUouoc  
并再次运行它。 程序检测到您可以删除透镜5。点击OK(删除该透镜),从MACro中删除AED行,然后重新优化并模拟退火。 现在你得到了这个:
u{6b>c|,X  
只需要七个镜片! 让我们来看看MTF效果。
y:m ;_U,%c  
    FCO 0 uPmK:9]3R  
    MFF yobcAV`  
    ICOL M KWq&<X5  
    HBAR 0 .5 .75 1 kK,Ne%}a2K  
    GBAR 0 V1P]mUs{1  
    PLOT
j$<sq  
2`Ojw_$W7  
让我们看看后焦点位置与波长的函数。 输入AI句子 v_ U$jjO1  
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
D(' w<9.  
    PLOT BACK FOR WAVL = .38 TO .9
iF_#cmSy$  
xy^t_];X  
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。 +.EP_2f9  
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
'{[n,xeR  
    AEI 3 1 14 CONLY 100 1 10 50
V,*<E&+  
__3s3YG  
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。 ]52.nxs~  
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。 2`[iTBZ=^  
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。 MMQ^&!H  
如果你想了解我们优秀镜头的属性,这里是RLE文件:
g5YDRL!Wh  
    RLE Qf>$'C(7!a  
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS       50760 ~YH'&L.O  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001011101     93 v!>(1ROQ.=  
     FNAME 'DSEARCH07.RLE                                     ' d :a*;F  
     MERIT   0.252142E-03 ^%qe&Pe2  
     LOG    50760 YUGEGXw  
     WA1 .9000000 .7700000 .6400000 .5100000 .3800000 6w"_sK?  
     CORDER   3   1   5   2   4 !jySID?q  
     WT1 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 }%T8?d]  
     APS               1  UNITS MM ]SO-NR  
     OBB  0.000000      0.80000      1.26000     -0.14478      0.00000      0.00000      1.26000    0 AIR _,ki/7{  
       1 RAD    -12.3575888493127   TH      8.00349843 jQ"z\}Wf  
       1 N1 1.70683888 N2 1.71075605 N3 1.71661866 N4 1.72704962 N5 1.75095371 n&n WY+GEo  
       1 CTE   0.568000E-05 ^D%hKIT  
    1    GTB S    'N-LAK10         ' ld7B!_b<  
    2    RAD      5.6036307276255   TH      0.42904026 AIR >iKbn  
    3    RAD      8.4130780171013   TH      6.59790611 #B^A"?*S  
       3 N1 1.73259261 N2 1.73873215 N3 1.74890937 N4 1.76882390 N5 1.82136771 YcmLc)a7  
       3 CTE   0.800000E-05 ,\Q^[e!m~  
    3    GTB S    'SF4             ' pnpx`u;  
    4    RAD     -9.1818032305934   TH      5.54967141 AIR F YLBaN  
    5    RAD    -56.1367087651872   TH      8.00224863 DH>>u  
       5 N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514 w<P$)~6  
    5    GTB S    'N-LASF46B       ' Fcz}Gs4  
    6    RAD      4.8482482223468   TH      0.10000000 AIR Gkr]8J  
    7    RAD      4.3440291976542   TH      1.00000148 (*K=&e0O  
       7 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013 Bn<1zg5  
       7 CTE   0.130100E-04 9'5`0$,|^  
    7    GTB S    'N-PK52A         ' `q$a p$?  
    8    RAD     -5.7980974504808   TH      0.10000000 AIR n | M~C\*  
    9    RAD      3.1580916229850   TH      1.00865373 'Zket=Sm;  
       9 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013    9 CTE   0.130100E-04 0^-1/Ec  
    9    GTB S    'N-PK52A         ' c{,VU.5/  
    10    RAD     -6.1466379437070   TH      0.12251679 AIR X1C &;5  
    11    RAD     -5.2492188361156   TH      6.03606534 XH`W(  
      11 N1 1.88762683 N2 1.89708892 N3 1.91293610 N4 1.94491007 N5 2.03856725 h 3`\L4b  
      11 CTE   0.590000E-05 (Ev=kO  
    11    GTB S    'N-SF66          ' b)(rlX  
    12    RAD     -7.8896787646760   TH      0.10004337 AIR ;S5J"1)O~  
    13    RAD      1.1618206771614   TH      1.00000000 j`o_Stbg  
    13    N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514   13 GTB S    'N-LASF46B       ' g.wDg  
    14    RAD      1.0699320226013   TH      0.49970566 AIR ? koIZ  
      14 TH       0.49970566 6]^~yby P  
    14    YMT      0.00000000 |lG7/\A  
    15    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  END
`:Bm@eN  
2gM/".|{  
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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