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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

)^4ko  
2Y400  
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。 sK+ (v  
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: uxWFM $  
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 bf& }8I$  
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。

<0CzB"Ap  
    CORE 14 Ls&+XlrX8  
    DSEARCH 3 QUIET \[:PykS  
AgIazv1  
    SYSTEM =WC-Sj{I  
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS LH4>@YPGE#  
    UNI MM #Mh{<gk%ax  
    OBB 0 0.8 1.26 [`d$X^<y;  
    WA1 0.9 0.77 0.64 0.51 0.38 yQ9ZhdQS  
    CORDER 3 1 5 7W"/ N#G  
    END r#A_RZ2~@  
)l_@t(_  
    GOALS oh6B3>>+  
    ELEMENTS 8 J1bA2+5.*e  
    FNUM 0.7143 100 bp#:UUO%S  
    BACK 0 0 -_NC%iN#C  
    TOTL 0 0 ` @8`qXg  
    STOP FREE ibJHU@l  
    COLORS M QYQtMb,  
    RSTART 10 {XgnZ`*  
    THSTART .25 _d@=nK)  
    ASTART 0.1 m 41t(i  
    RT 0.7 Q.+|xwz  
    OPD c8{]]  
    QUICK 50 50 ,m^;&&  
    ANNEAL 200 20 Q ,`32!i  
    END |9Yi7.  
oE?QnH3R  
    SPECIAL PANT 2Vk\L~K  
    SLIMIT 100 0.1 at6149B\)  
\'Z<P,8~  
    END 5l DFp9  
p@YB?#Im  
    SPECIAL AANT      ! SMALL ELEMENTS; CAN BE CLOSE TOGETHER小透镜; 可以一起关闭 GKiukX$'  
hXn3,3f3oZ  
    AEC .1 1 .05          ! edge monitor边缘探测器 FJNF%a)x2I  
    ACM .1 1 .05          ! minimum element TH 透镜最小厚度 U7iuY~L  
    ACC 8 1 0.5      ! maximum TH最大透镜TH ,FZT~?  
    ACA 70 1 1           ! avoid critical-angle refraction避免临界角度折射 VR5fqf|*  
    LUL 45 1 1 A TOTL ! limit track length 限制总长 ~u87H?  
    A BACK ~D[?$`x:  
    M 0.5 1 A BACK          ! want image clearance of 0.5mm ZJ,cQ+fn  
            想要0.5mm的图像间隙 !@A#=(4R4  
    M 0 1 A P YA 1 S GIHT          ! control distortion控制畸变 x9W(cKB'S  
    M 0 1 A P HH 1 END          ! and make telecentric 使其远离中心 7^*"O&y_al  
($nrqAv4  
    GO
=Gk/k}1  
? 1*m,;Z  
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:
fyWO  
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。
$ (=~r`O+1  
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。 !T,AdNa8  
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。
,Gk}"w  
    PANT (Y% Q|u  
    SLIM 100 0.1 VOTv?Vf  
        VY 0 YP1      ! let the program find the best stop position 让程序找到最佳光阑位置 $,>@o=)_  
    VLIST RD ALL +;}#B~:  
    VLIST TH ALL {nT^t Aha  
    END &k7;DO  
    AANT P 6[E|  
    M   0.140000E+01  0.100000E+03 A CONST 1.0 / DIV FNUM kql0J|P?  
    GSR     0.500000     1.000000      4  M    0.000000 hwN?/5  
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    0.500000 iJ' xh n  
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    1.000000 1?*  
    AEC .1 1 .05 9+s.w25R  
    ACM .1 1 .05 |t iUej  
    ACC 8 1 0.5 sVk$x:k1M  
    ACA 70 1 oh"O07  
    LUL 45 1 1 A TOTL p Dx-2:}  
    A BACK 4'4\ ,o  
    M 0.5 1 A BACK Ghl'nqPlm  
    M 0 1 A P YA 1 VvFC -r,=G  
    S GIHT @_:]J1jw7  
    M 0 1 A P HH 1 N>(g?A; Z+  
    END dVB~Smsr  
    SNAP 10 f7h*Vu`>  
    SYNOPSYS 40 0 FIX 30
oI)GKA_Ng7  
[.RO'>2z  
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)
wC `+  
    GSEARCH 3 QUIET LOG 2C{H$ A,pW  
    SURF \AL f$88>@  
    1 3 5 7 9 11 13 15 H$G0`LP0/a  
    END `n$5+a+  
    NAMES {hln?'  
    S N-PK52A b'6- dU%  
    S N-F2 U=hlu  
    S P-SF68 L?5Ck<!xG  
    END zC _<(4$-"  
    USE 3           ! 仅允许使用所有三种玻璃类型的情况 `tjH<  
    GO
+w=AJdc  
ui(^k $  
然后我们运行这个文件。 22f`LoM  
我们得到的结果如下:
vjjSKP6B  
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
| 9~GM  
    GSEARCH 3 QUIET LOG r}uz7}z %"  
    SURF p~*UpU8u  
    1 3 5 7 9 11 13 15 ]E]2o  
    END  o x+ 3U  
    NEAREST 3 P 35tu>^_#V  
    S J>u 7,  
    END KiJT!moB  
u|4$+ QiD  
    GO
F<!)4>2@  
?B :a|0pf  
然后再次运行它。 结果更好,如下所示。
rk)##)  
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:
tU_y6  
    AED 3 QUIET 1 16
LVJxn2x6  
K~22\G`  
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:
qL,tYJ<m%  
只需要七个镜片! 让我们来看看MTF效果。
WJ_IuX51'  
    FCO 0 hGiz)v~  
    MFF <n(*Xak{a  
    ICOL M n5{Xj:}  
    HBAR 0 .5 .75 1 e^O(e  
    GBAR 0 ,Jd ',>3  
    PLOT
gB<3-J1R  
6oBfB8]:d  
让我们看看后焦点位置与波长的函数。 输入AI句子 fJ ,1Ef;Z  
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
P{u0ftyX}  
    PLOT BACK FOR WAVL = .38 TO .9
:H c0b=  
.-<k>9S7_  
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。 -=(!g&0  
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
7^g&)P  
    AEI 3 1 14 CONLY 100 1 10 50
Z ,EvQ8i  
s&NX@  
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。 0=K9`=5d0  
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。 ]niJG t  
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。 ;6!Pwb;hY  
如果你想了解我们优秀镜头的属性,这里是RLE文件:
N2w"R{)j\  
    RLE &-mX ,   
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS       50760 P><o,s"v  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001011101     93 f-%NaTI  
     FNAME 'DSEARCH07.RLE                                     ' ak;*W  
     MERIT   0.252142E-03 W>O~-2  
     LOG    50760 ;f"0~D2  
     WA1 .9000000 .7700000 .6400000 .5100000 .3800000 MX@_=Sp-  
     CORDER   3   1   5   2   4 yUp,NfS]o  
     WT1 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 DS'n  
     APS               1  UNITS MM lhkwWbB  
     OBB  0.000000      0.80000      1.26000     -0.14478      0.00000      0.00000      1.26000    0 AIR EbdfV-E  
       1 RAD    -12.3575888493127   TH      8.00349843 U\R}`l  
       1 N1 1.70683888 N2 1.71075605 N3 1.71661866 N4 1.72704962 N5 1.75095371 O/<K!;(@?  
       1 CTE   0.568000E-05 '60 L~`K  
    1    GTB S    'N-LAK10         ' =|YxDas  
    2    RAD      5.6036307276255   TH      0.42904026 AIR PoT`}-9  
    3    RAD      8.4130780171013   TH      6.59790611 Mv6 -|O  
       3 N1 1.73259261 N2 1.73873215 N3 1.74890937 N4 1.76882390 N5 1.82136771 V7Mh-]  
       3 CTE   0.800000E-05 dx+hhg\L  
    3    GTB S    'SF4             ' G^` 1]?  
    4    RAD     -9.1818032305934   TH      5.54967141 AIR qIAoA .  
    5    RAD    -56.1367087651872   TH      8.00224863 )kkhJI*v  
       5 N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514 <Ce2r"U1e  
    5    GTB S    'N-LASF46B       ' 3fh8$A  
    6    RAD      4.8482482223468   TH      0.10000000 AIR 1hziXC0WY  
    7    RAD      4.3440291976542   TH      1.00000148 |\g5+fv9  
       7 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013 ~PHB_cyth  
       7 CTE   0.130100E-04 57g</ p  
    7    GTB S    'N-PK52A         ' :"!9_p(,,  
    8    RAD     -5.7980974504808   TH      0.10000000 AIR `2PLWo  
    9    RAD      3.1580916229850   TH      1.00865373 C,.Ee3T  
       9 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013    9 CTE   0.130100E-04 {Pc<u gfl  
    9    GTB S    'N-PK52A         ' b&5lYp"d  
    10    RAD     -6.1466379437070   TH      0.12251679 AIR U\sHx68  
    11    RAD     -5.2492188361156   TH      6.03606534 Qx'`PNU9\  
      11 N1 1.88762683 N2 1.89708892 N3 1.91293610 N4 1.94491007 N5 2.03856725 {4-[r#R<M  
      11 CTE   0.590000E-05 %3$*K\Ai  
    11    GTB S    'N-SF66          ' XB_B4X1R  
    12    RAD     -7.8896787646760   TH      0.10004337 AIR w&%~3Cz.  
    13    RAD      1.1618206771614   TH      1.00000000 L^{|uP15N  
    13    N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514   13 GTB S    'N-LASF46B       ' NoJ`6MB  
    14    RAD      1.0699320226013   TH      0.49970566 AIR j8sH#b7Z  
      14 TH       0.49970566 Usta0Ag  
    14    YMT      0.00000000 Q"7Gy<  
    15    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  END
"hdvHUz  
~jb"5CX  
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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