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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

%9RF   
[ps*uva  
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。 zZC9\V}R  
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: @Pzu^  
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 9?3&?i2-  
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。

 bnLPlf  
    CORE 14 u=_mvN  
    DSEARCH 3 QUIET uc"P3,M  
5lT*hF  
    SYSTEM D{~fDRR  
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS 19KQlMO.G  
    UNI MM [=]4-q6UN  
    OBB 0 0.8 1.26 lo!+f"7ym\  
    WA1 0.9 0.77 0.64 0.51 0.38 8&Y^""#e)  
    CORDER 3 1 5 k,F6Tx  
    END *U\`CXn;  
f8.gT49I  
    GOALS fe#\TNeQJ[  
    ELEMENTS 8 x7x\Y(@  
    FNUM 0.7143 100 AlW66YAuQ  
    BACK 0 0 H? y,ie#u  
    TOTL 0 0 ZEO,]$Yi7  
    STOP FREE 1q1jZqno  
    COLORS M 1\rz%E  
    RSTART 10 (41|'eB\\  
    THSTART .25 3CGp`~Zf  
    ASTART 0.1 1s@+;QUib  
    RT 0.7 JOim3(5?s  
    OPD 0|\$Vp  
    QUICK 50 50 ?r+-  
    ANNEAL 200 20 Q }sO&. ME  
    END :+|Z@KB  
;x1 PS  
    SPECIAL PANT h_IDO%  
    SLIMIT 100 0.1 A1?2*W  
M b1s F  
    END v(D;PS3r 7  
zeC RK+-  
    SPECIAL AANT      ! SMALL ELEMENTS; CAN BE CLOSE TOGETHER小透镜; 可以一起关闭 "E?2xf|.  
pK'V9fD5J  
    AEC .1 1 .05          ! edge monitor边缘探测器  3 +fp2  
    ACM .1 1 .05          ! minimum element TH 透镜最小厚度 PJrtM AcKq  
    ACC 8 1 0.5      ! maximum TH最大透镜TH ce3YCflt  
    ACA 70 1 1           ! avoid critical-angle refraction避免临界角度折射 t; {F%9j{  
    LUL 45 1 1 A TOTL ! limit track length 限制总长 l.bYE/F0&  
    A BACK s1=G;  
    M 0.5 1 A BACK          ! want image clearance of 0.5mm QM#4uI55B  
            想要0.5mm的图像间隙 #PQB(=299P  
    M 0 1 A P YA 1 S GIHT          ! control distortion控制畸变 t9:0TBt-[  
    M 0 1 A P HH 1 END          ! and make telecentric 使其远离中心 t#pS{.I  
f|lU6EkU  
    GO
!|S43i&p  
j578)!aJ  
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:
s '\Uap  
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。
oVfLnI ;  
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。 Q & K  
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。
)i^<r;_z  
    PANT }\:Nu Tf  
    SLIM 100 0.1 6@0OQb  
        VY 0 YP1      ! let the program find the best stop position 让程序找到最佳光阑位置 hUMf"=q+  
    VLIST RD ALL 1gy.8i  
    VLIST TH ALL NI [ pp`  
    END QTXt8I  
    AANT P }m;,Q9:+m^  
    M   0.140000E+01  0.100000E+03 A CONST 1.0 / DIV FNUM T7u%^xm  
    GSR     0.500000     1.000000      4  M    0.000000 CZI66pDy  
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    0.500000 >P @H#=  
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    1.000000 ;^%4Q"  
    AEC .1 1 .05 PFne+T!2F  
    ACM .1 1 .05 /M4{Wc  
    ACC 8 1 0.5 4k_vdz  
    ACA 70 1 C$D -Pt"+  
    LUL 45 1 1 A TOTL wlk4*4dKn  
    A BACK Y+*0~xm4  
    M 0.5 1 A BACK j<@lX^  
    M 0 1 A P YA 1 E:}r5S) 4  
    S GIHT EYEnN  
    M 0 1 A P HH 1 ?D*/*Gk{  
    END ~%=MpQ3  
    SNAP 10 v`zJb00DT  
    SYNOPSYS 40 0 FIX 30
o`P %&  
R$TB1w9]  
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)
"4+ WZR]  
    GSEARCH 3 QUIET LOG ( _)jkI \  
    SURF $5< #n@  
    1 3 5 7 9 11 13 15 @jSYB+D  
    END _p&]|~a  
    NAMES DN~nk  
    S N-PK52A u!X|A`o5i  
    S N-F2 h=kh@},  
    S P-SF68 ,\ k(x>oy  
    END lWc:$qnR-K  
    USE 3           ! 仅允许使用所有三种玻璃类型的情况 /.MN  
    GO
X/2&!O  
7/f3Z 1g  
然后我们运行这个文件。 D.Q=]jOs  
我们得到的结果如下:
dA0.v+Foz"  
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
\LppYXz  
    GSEARCH 3 QUIET LOG QQ~-  
    SURF 6%Pdy$ P  
    1 3 5 7 9 11 13 15 n3Z 5t  
    END - 'W++tH=  
    NEAREST 3 P $[&*Bj11Yg  
    S f Tl<p&b  
    END l q&wXi  
FCuB\ Q  
    GO
%$ Z7x\_  
2hkRd>)&5  
然后再次运行它。 结果更好,如下所示。
% !>I*H  
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:
fhp<oe>D  
    AED 3 QUIET 1 16
pDcjwlA%  
T}P".kpbS  
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:
&LVn6zAba  
只需要七个镜片! 让我们来看看MTF效果。
ac.Ms(D  
    FCO 0  %. ,=maA  
    MFF ez^@NK  
    ICOL M .CU5}Tv-  
    HBAR 0 .5 .75 1 R_7 d@FQ1  
    GBAR 0 xJZ>uTN  
    PLOT
xAe~]k_D  
"WK{ >T  
让我们看看后焦点位置与波长的函数。 输入AI句子 ?1$fJ3  
我们完成了吗? 让我们看看后焦点位置与波长的函数有多稳定。 输入AI句子
z3M6V}s4  
    PLOT BACK FOR WAVL = .38 TO .9
>W`4aA  
*"n vX2iz  
在这个宽谱范围内,近轴焦点位置仅变化约0.6 uM。 是的,这是一个很好的镜头! 在你真正制作镜头之前,请将光阑移动到表面5 - 但这对于本课来说已经足够了。 您可以看到SYNOPSYS如何轻松应对这一具有挑战性的问题。 ~-m"   
如果七个镜片的结果不够好怎么办? 那么,您可以尝试自动透镜插入功能,添加该命令行
xs:n\N  
    AEI 3 1 14 CONLY 100 1 10 50
&2zq%((r  
q51Uf_\/  
到MACro的顶部。 这将在所有当前镜头的每一侧依次添加胶合透镜,然后返回最佳效果的组合。 使用这些工具,您可以选择其中一种方式 如果您还想尝试空气间隔,请将CONLY更改为CEMENT。 然后他们也将进行测试。 nwaxz>;  
如果我们在P * -P **图上选择不同的行,会发生什么? 这会给我们三种不同的玻璃尝试。 在尝试之前,你永远不会知道还有什么可能比这更好。 )5U[o0td  
当你拥有如此多的强大工具时,探索其他组合很有趣并且往往是有益的。 S.q].a  
如果你想了解我们优秀镜头的属性,这里是RLE文件:
_DNHc*  
    RLE ux3<l+jv^  
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS       50760 88h3|'*  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001011101     93 Qx47l  
     FNAME 'DSEARCH07.RLE                                     ' FR!? #!  
     MERIT   0.252142E-03 u[/m|z  
     LOG    50760 MR<;i2p  
     WA1 .9000000 .7700000 .6400000 .5100000 .3800000 .?e\I`Kk^'  
     CORDER   3   1   5   2   4 pV,P|>YTf  
     WT1 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 +d!v}aJ  
     APS               1  UNITS MM FMkzrs  
     OBB  0.000000      0.80000      1.26000     -0.14478      0.00000      0.00000      1.26000    0 AIR / iV}HV0  
       1 RAD    -12.3575888493127   TH      8.00349843 )R  2.  
       1 N1 1.70683888 N2 1.71075605 N3 1.71661866 N4 1.72704962 N5 1.75095371 MxcFvo*LCp  
       1 CTE   0.568000E-05 Y +\%  
    1    GTB S    'N-LAK10         ' tl'9IGlc  
    2    RAD      5.6036307276255   TH      0.42904026 AIR G 0;XaL:  
    3    RAD      8.4130780171013   TH      6.59790611 ~Oq +IA~9  
       3 N1 1.73259261 N2 1.73873215 N3 1.74890937 N4 1.76882390 N5 1.82136771 JEgx@};O  
       3 CTE   0.800000E-05 ~JD nKo  
    3    GTB S    'SF4             ' QZhj b  
    4    RAD     -9.1818032305934   TH      5.54967141 AIR Bv. `R0e&  
    5    RAD    -56.1367087651872   TH      8.00224863 9>rPe1iv  
       5 N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514 T%n2$  
    5    GTB S    'N-LASF46B       ' !o+_T?  
    6    RAD      4.8482482223468   TH      0.10000000 AIR BQ2wnGc  
    7    RAD      4.3440291976542   TH      1.00000148 e^Ky<*Y  
       7 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013 ]&{ci  
       7 CTE   0.130100E-04 PF7&p~O(Z  
    7    GTB S    'N-PK52A         ' RxN,^!OV  
    8    RAD     -5.7980974504808   TH      0.10000000 AIR -yg?V2  
    9    RAD      3.1580916229850   TH      1.00865373 ]B]*/  
       9 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013    9 CTE   0.130100E-04 0{PzUIM,W  
    9    GTB S    'N-PK52A         ' dVo.Czyd  
    10    RAD     -6.1466379437070   TH      0.12251679 AIR U*P. :BvG  
    11    RAD     -5.2492188361156   TH      6.03606534 R$Tp8G>j  
      11 N1 1.88762683 N2 1.89708892 N3 1.91293610 N4 1.94491007 N5 2.03856725 3y~r72J  
      11 CTE   0.590000E-05 Iu *^xn  
    11    GTB S    'N-SF66          ' {; >Q.OX@  
    12    RAD     -7.8896787646760   TH      0.10004337 AIR 13&0rLS  
    13    RAD      1.1618206771614   TH      1.00000000 D.6,VY H  
    13    N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514   13 GTB S    'N-LASF46B       ' =.`qixN  
    14    RAD      1.0699320226013   TH      0.49970566 AIR Uyr3dN%*r  
      14 TH       0.49970566 Yl$SW;@  
    14    YMT      0.00000000 5 `RiS]IO]  
    15    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  END
Pv+5K*"7Cg  
2kUxD8BcN  
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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