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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

<v?2p{U%  
M|R\[ Zf  
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。 +wZ|g6vMct  
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: +jO#?J  
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 8Nx fYA  
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。

|hX\ep   
    CORE 14 . HAFKB;  
    DSEARCH 3 QUIET w=^~M[%w  
n*Hx"2XF  
    SYSTEM <RcB: h  
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS s+^1\  
    UNI MM U&SSc@of  
    OBB 0 0.8 1.26 %v UUx+  
    WA1 0.9 0.77 0.64 0.51 0.38 =%|f-x  
    CORDER 3 1 5 SZ:R~4 A  
    END rl-#Ez  
8C*xrg#g:  
    GOALS ;u<F,o(  
    ELEMENTS 8 UJjtDV3@_g  
    FNUM 0.7143 100 "![KQ  
    BACK 0 0 w:](F^<s,  
    TOTL 0 0 C~PP}|<~V  
    STOP FREE -s ^cy+jd  
    COLORS M E!`/XB/nA  
    RSTART 10 }H/94]~tH  
    THSTART .25 =6N=5JePB  
    ASTART 0.1 q(BRJ(  
    RT 0.7 }4Q3S1|U  
    OPD Wxgs66   
    QUICK 50 50 M7#CMLy  
    ANNEAL 200 20 Q ;CuL1N#I  
    END O#<S\66  
gx2v(1?S  
    SPECIAL PANT SCjVzvG$yg  
    SLIMIT 100 0.1 &E@mCQ1  
I*pFX0+  
    END u3DFgl3-7  
D\E"v,Y\+O  
    SPECIAL AANT      ! SMALL ELEMENTS; CAN BE CLOSE TOGETHER小透镜; 可以一起关闭 YB4|J44Y  
B)dd6R>8  
    AEC .1 1 .05          ! edge monitor边缘探测器 Xd.y or  
    ACM .1 1 .05          ! minimum element TH 透镜最小厚度 .5tXwxad"  
    ACC 8 1 0.5      ! maximum TH最大透镜TH ssmJ?sl  
    ACA 70 1 1           ! avoid critical-angle refraction避免临界角度折射 r l;Y7l  
    LUL 45 1 1 A TOTL ! limit track length 限制总长 2\gbciJ[{(  
    A BACK 0|{":i_s  
    M 0.5 1 A BACK          ! want image clearance of 0.5mm PGb}Y {  
            想要0.5mm的图像间隙 >n1UK5QD  
    M 0 1 A P YA 1 S GIHT          ! control distortion控制畸变 QwuSo{G  
    M 0 1 A P HH 1 END          ! and make telecentric 使其远离中心 X.rbJyKe  
&m{~4]qWpM  
    GO
i,L"%q)C  
[7[$P.MS{  
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:
#t VGqf  
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。
UM'JK#P"  
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。 ,pW^>J  
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。
S-brV\v7  
    PANT <4^y7]] F  
    SLIM 100 0.1 #Zn+-Ih  
        VY 0 YP1      ! let the program find the best stop position 让程序找到最佳光阑位置 F^!mgU X  
    VLIST RD ALL bf[l4$3k  
    VLIST TH ALL - @KT#  
    END luz,z( v  
    AANT P clr]gib  
    M   0.140000E+01  0.100000E+03 A CONST 1.0 / DIV FNUM avqJ[R  
    GSR     0.500000     1.000000      4  M    0.000000 zeH=py[n  
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    0.500000 C%P.`NxA  
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    1.000000 Y1BxRd?D  
    AEC .1 1 .05 9y)}-TcSpY  
    ACM .1 1 .05 5=!aq\ 5  
    ACC 8 1 0.5 |~=4Z rcCP  
    ACA 70 1 0JhUncx  
    LUL 45 1 1 A TOTL uW,rmd  
    A BACK Tn$| Xa+:s  
    M 0.5 1 A BACK sB01 QVx47  
    M 0 1 A P YA 1 g$8a B{)  
    S GIHT n>%TIoY  
    M 0 1 A P HH 1 |G)bnmi7  
    END ;;LiZlf  
    SNAP 10 1 EHNg<J(  
    SYNOPSYS 40 0 FIX 30
ry4:i4/[  
+jp^  
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)
@Tsdgx8  
    GSEARCH 3 QUIET LOG `UkPXCC\1  
    SURF r\|"j8  
    1 3 5 7 9 11 13 15 d UiS0Qs}  
    END L/O:V^1  
    NAMES puGy`9eKv1  
    S N-PK52A ;giT[KK  
    S N-F2 vpk~,D07yR  
    S P-SF68 3[To"You  
    END uL@'Hv A  
    USE 3           ! 仅允许使用所有三种玻璃类型的情况 @'S !G"\  
    GO
;] #Q!  
8SMa5a{  
然后我们运行这个文件。 yy\d<-X~  
我们得到的结果如下:
Zg!E}B:z  
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
1;+(HB  
    GSEARCH 3 QUIET LOG /A`Ly p#  
    SURF ':,p6  
    1 3 5 7 9 11 13 15 , p r ",=  
    END )W![TIp  
    NEAREST 3 P Pe7% 9  
    S fOO[`"'Pq  
    END ;#?+i`9'q  
,An*w_  
    GO
_ "[O=h:  
VW9BQs2w  
然后再次运行它。 结果更好,如下所示。
MbC&u:@ "v  
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:
mg4: N  
    AED 3 QUIET 1 16
3 jay V  
C8 2lT_7"  
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:
n15lX,FI  
只需要七个镜片! 让我们来看看MTF效果。
,vUMy&AV  
    FCO 0 %g%#=a;]q  
    MFF ~r>N  
    ICOL M Z9 tjo1X  
    HBAR 0 .5 .75 1 |Ok1E  
    GBAR 0 T WgI-xB  
    PLOT
F!yejn [  
9Z_98 Rh  
让我们看看后焦点位置与波长的函数。 输入AI句子 :+|os"  
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
$`/J V?Z  
    PLOT BACK FOR WAVL = .38 TO .9
c- ^\YSDMN  
E&RK My)  
在这个宽谱范围内,近轴焦点位置仅变化约0.6 uM。 是的,这是一个很好的镜头! 在你真正制作镜头之前,请将光阑移动到表面5 - 但这对于本课来说已经足够了。 您可以看到SYNOPSYS如何轻松应对这一具有挑战性的问题。 6 {tW$q  
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
!/MHD  
    AEI 3 1 14 CONLY 100 1 10 50
DvvjIYB~  
q9c:,k  
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。 P(za8l>  
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。 20H$9M=}  
当你拥有如此多的强大工具时,探索其他组合很有趣并且往往是有益的。 H?axlRmw3  
如果你想了解我们优秀镜头的属性,这里是RLE文件:
}x1p~N+;  
    RLE ?k*s!YCZ  
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS       50760 iw^(3FcP@C  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001011101     93 |^E# cI  
     FNAME 'DSEARCH07.RLE                                     ' bI~(<-S~K  
     MERIT   0.252142E-03 ?yt"  
     LOG    50760 D +vHl}  
     WA1 .9000000 .7700000 .6400000 .5100000 .3800000 I8 {2cM;  
     CORDER   3   1   5   2   4 (""1[XURQK  
     WT1 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 3YF*TxKx  
     APS               1  UNITS MM /xRPQ|  
     OBB  0.000000      0.80000      1.26000     -0.14478      0.00000      0.00000      1.26000    0 AIR kyc Z  
       1 RAD    -12.3575888493127   TH      8.00349843 -?WhJ.U  
       1 N1 1.70683888 N2 1.71075605 N3 1.71661866 N4 1.72704962 N5 1.75095371 D0=H&Z[  
       1 CTE   0.568000E-05 C0F#PXU y  
    1    GTB S    'N-LAK10         ' @cZNoD  
    2    RAD      5.6036307276255   TH      0.42904026 AIR +kKfx!  
    3    RAD      8.4130780171013   TH      6.59790611 g^DPb pWxu  
       3 N1 1.73259261 N2 1.73873215 N3 1.74890937 N4 1.76882390 N5 1.82136771 PO[ AP%;  
       3 CTE   0.800000E-05 G6(U\VFqO  
    3    GTB S    'SF4             ' Ue <Y ~A  
    4    RAD     -9.1818032305934   TH      5.54967141 AIR %vO b"K$X  
    5    RAD    -56.1367087651872   TH      8.00224863 T=w5FT  
       5 N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514 +;Jb)8  
    5    GTB S    'N-LASF46B       ' I)Dd"I  
    6    RAD      4.8482482223468   TH      0.10000000 AIR )Aky:kM$  
    7    RAD      4.3440291976542   TH      1.00000148 j6KGri  
       7 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013 5M2G ;o  
       7 CTE   0.130100E-04 gs_nUgcA  
    7    GTB S    'N-PK52A         ' u;Q'xuo3  
    8    RAD     -5.7980974504808   TH      0.10000000 AIR YRYAQj/7  
    9    RAD      3.1580916229850   TH      1.00865373 wV;qc3  
       9 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013    9 CTE   0.130100E-04 }pa@qZXh  
    9    GTB S    'N-PK52A         ' "$tP>PO{<  
    10    RAD     -6.1466379437070   TH      0.12251679 AIR e8@@Pi<sB  
    11    RAD     -5.2492188361156   TH      6.03606534 dkC[Jt  
      11 N1 1.88762683 N2 1.89708892 N3 1.91293610 N4 1.94491007 N5 2.03856725 OIa =$l43C  
      11 CTE   0.590000E-05 nkp!kqJ09  
    11    GTB S    'N-SF66          ' ;m3SlP{F  
    12    RAD     -7.8896787646760   TH      0.10004337 AIR b"y][5VE  
    13    RAD      1.1618206771614   TH      1.00000000 d aIt `}s  
    13    N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514   13 GTB S    'N-LASF46B       ' F~dq7 AS  
    14    RAD      1.0699320226013   TH      0.49970566 AIR ruLi "d  
      14 TH       0.49970566 >g@;`l.Z#  
    14    YMT      0.00000000 zUqt^_  
    15    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  END
[*O#6Xu  
{<a(1#{  
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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