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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

NL 37Y{b  
rL=$WxdPU  
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。 kXWx )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: X#yl8k_  
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 D }\`5L<  
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。

P7b2I=t  
    CORE 14 k$UBZ,=iC  
    DSEARCH 3 QUIET J*k4&l  
Y"@kvd  
    SYSTEM w9%gaK;  
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS C6n4OU  
    UNI MM EB#z\  
    OBB 0 0.8 1.26 /Q!F/HY3ZS  
    WA1 0.9 0.77 0.64 0.51 0.38 _MU'he^W  
    CORDER 3 1 5 4jpF^&y7u^  
    END =EKJ!{  
RjDFc:bB  
    GOALS 5+UiAc$  
    ELEMENTS 8 RY'y%6Z]ZO  
    FNUM 0.7143 100 Ut+mm\7  
    BACK 0 0 fHigLL0B  
    TOTL 0 0 luMNi^FQ  
    STOP FREE HIF] c  
    COLORS M !4E:IM63  
    RSTART 10 NQAnvX;  
    THSTART .25 4v>V7T.  
    ASTART 0.1 _KFKx3<m!  
    RT 0.7 vzw\f   
    OPD S;])Nt'X'  
    QUICK 50 50 YblRwic  
    ANNEAL 200 20 Q Ol? 2Qy.2)  
    END R/#*~tPi8  
7,1idY%cy  
    SPECIAL PANT vZ08/!n  
    SLIMIT 100 0.1 zE[c$KPP  
B;m18LDu  
    END (/Ubw4unI  
B$bsh.  
    SPECIAL AANT      ! SMALL ELEMENTS; CAN BE CLOSE TOGETHER小透镜; 可以一起关闭 M(|gfsD  
7-5q\[ZK  
    AEC .1 1 .05          ! edge monitor边缘探测器 c_iF S  
    ACM .1 1 .05          ! minimum element TH 透镜最小厚度 O!g> f  
    ACC 8 1 0.5      ! maximum TH最大透镜TH 8X%;29tow  
    ACA 70 1 1           ! avoid critical-angle refraction避免临界角度折射 ?d %_o@  
    LUL 45 1 1 A TOTL ! limit track length 限制总长 R9W(MLe58  
    A BACK eYagI  
    M 0.5 1 A BACK          ! want image clearance of 0.5mm te|VKYN%}[  
            想要0.5mm的图像间隙 3 !,%;Vz=  
    M 0 1 A P YA 1 S GIHT          ! control distortion控制畸变 ' 9,}N:p  
    M 0 1 A P HH 1 END          ! and make telecentric 使其远离中心 ~_raI7,  
,Xn%-OT  
    GO
={fi&j  
y|p:^41Ro  
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:
gQ?k}D  
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。
{?C7BClB  
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。 -X=f+4j  
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。
(~P&$$qfD  
    PANT p])km%zB(  
    SLIM 100 0.1 3]!(^N>V  
        VY 0 YP1      ! let the program find the best stop position 让程序找到最佳光阑位置 xWDwg@ P  
    VLIST RD ALL MT9a1 >  
    VLIST TH ALL v}!,4,]:&  
    END PXkPC%j  
    AANT P dlW w=^  
    M   0.140000E+01  0.100000E+03 A CONST 1.0 / DIV FNUM %pMW5]H  
    GSR     0.500000     1.000000      4  M    0.000000 3oSQe"  
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    0.500000 os2yiF",   
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    1.000000 +Kk6|+5u  
    AEC .1 1 .05 !XFN/-Q ,  
    ACM .1 1 .05 nhIITfJJ  
    ACC 8 1 0.5 9Kqr9U--v  
    ACA 70 1 RH`m=?~J,  
    LUL 45 1 1 A TOTL WaH TzIa[  
    A BACK =3}+f-6"'  
    M 0.5 1 A BACK "evLI?  
    M 0 1 A P YA 1 H&GM q5)B  
    S GIHT aqMZ%~7  
    M 0 1 A P HH 1 $)'{+1  
    END rOcfPLJi0  
    SNAP 10 6sPd")%G  
    SYNOPSYS 40 0 FIX 30
eZUK<&0x5  
H fRxgA@  
我们保存文件并命名为GSOPT.MAC,因此会产生第二个宏去驱使GSEARCH运行我们想要的结果。(L26M3)
>V]> h&`  
    GSEARCH 3 QUIET LOG P017y&X  
    SURF rz3&khi  
    1 3 5 7 9 11 13 15 o$Jk2 7  
    END o?b"B+#  
    NAMES Qc3 !FW<26  
    S N-PK52A ,@P3!|  
    S N-F2 v.\&gn(  
    S P-SF68 IlaH,J7n  
    END 72PDqK#  
    USE 3           ! 仅允许使用所有三种玻璃类型的情况 e\P+R>i0  
    GO
t rHj7Nw  
-5Ccuk>6  
然后我们运行这个文件。 08'JT{iid  
我们得到的结果如下:
^c=@2#^\  
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
js>6Du  
    GSEARCH 3 QUIET LOG 02SUyv(Mt  
    SURF  6E  
    1 3 5 7 9 11 13 15 h<6r+*T' p  
    END p HWol!  
    NEAREST 3 P C5eol &  
    S 4ba1c  
    END `E}2|9  
j Sddjs  
    GO
Z3S\@_/;  
C#gQJ=!B  
然后再次运行它。 结果更好,如下所示。
(+4=A k  
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:
~M <4HC  
    AED 3 QUIET 1 16
MT0}MMr  
/R^!~J50  
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:
 s cn!,  
只需要七个镜片! 让我们来看看MTF效果。
P{);$e+b~  
    FCO 0 n:7=z0 s  
    MFF Ue8_Q8q5  
    ICOL M A^g81s.5  
    HBAR 0 .5 .75 1 !'+t)h9^  
    GBAR 0 mNV4"lNR  
    PLOT
,PY<AI^59  
`5>IvrzXrK  
让我们看看后焦点位置与波长的函数。 输入AI句子 S_\RQB\l  
我们完成了吗? 让我们看看后焦点位置与波长的函数有多稳定。 输入AI句子
E6n;_{Se/S  
    PLOT BACK FOR WAVL = .38 TO .9
|FKo}>4  
uz*C`T0:rj  
在这个宽谱范围内,近轴焦点位置仅变化约0.6 uM。 是的,这是一个很好的镜头! 在你真正制作镜头之前,请将光阑移动到表面5 - 但这对于本课来说已经足够了。 您可以看到SYNOPSYS如何轻松应对这一具有挑战性的问题。 L*FnFRhU  
如果七个镜片的结果不够好怎么办? 那么,您可以尝试自动透镜插入功能,添加该命令行
{VI%]n{M  
    AEI 3 1 14 CONLY 100 1 10 50
2*Gl|@~N  
3?fya8W<  
到MACro的顶部。 这将在所有当前镜头的每一侧依次添加胶合透镜,然后返回最佳效果的组合。 使用这些工具,您可以选择其中一种方式 如果您还想尝试空气间隔,请将CONLY更改为CEMENT。 然后他们也将进行测试。 #{N#yReh  
如果我们在P * -P **图上选择不同的行,会发生什么? 这会给我们三种不同的玻璃尝试。 在尝试之前,你永远不会知道还有什么可能比这更好。 1-q\C<Q)  
当你拥有如此多的强大工具时,探索其他组合很有趣并且往往是有益的。  gs9f2t  
如果你想了解我们优秀镜头的属性,这里是RLE文件:
J :,  
    RLE m V^dIm  
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS       50760 y*zZ }>  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001011101     93 @ cv`}k  
     FNAME 'DSEARCH07.RLE                                     ' CMTy(Z8_)  
     MERIT   0.252142E-03 EQ7cK63  
     LOG    50760 TzPVO>s  
     WA1 .9000000 .7700000 .6400000 .5100000 .3800000 sX@e1*YE_  
     CORDER   3   1   5   2   4 u} KiSZxt  
     WT1 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 % 3FI>\3  
     APS               1  UNITS MM h#;yA"j1&  
     OBB  0.000000      0.80000      1.26000     -0.14478      0.00000      0.00000      1.26000    0 AIR 1a%*X UT  
       1 RAD    -12.3575888493127   TH      8.00349843 4u:{PN  
       1 N1 1.70683888 N2 1.71075605 N3 1.71661866 N4 1.72704962 N5 1.75095371 ]Q^oc  
       1 CTE   0.568000E-05 Rov0  
    1    GTB S    'N-LAK10         ' QAX+oy  
    2    RAD      5.6036307276255   TH      0.42904026 AIR #+r-$N.7  
    3    RAD      8.4130780171013   TH      6.59790611 g |2D(J  
       3 N1 1.73259261 N2 1.73873215 N3 1.74890937 N4 1.76882390 N5 1.82136771 wu s]  
       3 CTE   0.800000E-05 smk0*m4  
    3    GTB S    'SF4             ' t6~|T_]  
    4    RAD     -9.1818032305934   TH      5.54967141 AIR ))eR  
    5    RAD    -56.1367087651872   TH      8.00224863 ?t<wp3bZ  
       5 N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514 bv|v9_i  
    5    GTB S    'N-LASF46B       ' LV9\  
    6    RAD      4.8482482223468   TH      0.10000000 AIR Ph-3,cC  
    7    RAD      4.3440291976542   TH      1.00000148 }_u )3X.O  
       7 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013 1OJ:Vy}n  
       7 CTE   0.130100E-04 {'{ssCL  
    7    GTB S    'N-PK52A         ' >R.~'A/$F  
    8    RAD     -5.7980974504808   TH      0.10000000 AIR Kz'W |  
    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 k9Yr&8B  
    9    GTB S    'N-PK52A         ' LG51e7_gFi  
    10    RAD     -6.1466379437070   TH      0.12251679 AIR qE(`@G  
    11    RAD     -5.2492188361156   TH      6.03606534 JlG yGr^MD  
      11 N1 1.88762683 N2 1.89708892 N3 1.91293610 N4 1.94491007 N5 2.03856725 8B\,*JGY2  
      11 CTE   0.590000E-05 $k}+,tHtJO  
    11    GTB S    'N-SF66          ' `(16_a  
    12    RAD     -7.8896787646760   TH      0.10004337 AIR vW~_+:),e  
    13    RAD      1.1618206771614   TH      1.00000000 8f#YUK sW=  
    13    N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514   13 GTB S    'N-LASF46B       ' W*VQ"CW{^]  
    14    RAD      1.0699320226013   TH      0.49970566 AIR [_b10Z'{  
      14 TH       0.49970566 w6Ue5Ix,!  
    14    YMT      0.00000000 +)ro EJ_  
    15    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  END
Ik~5j(^E-  
qOkw6jfluh  
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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