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 %vUUx+ 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 "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$3k VLIST TH ALL - @KT# END luz,z(
v AANT P clr]gib M 0.140000E+01 0.100000E+03 A CONST 1.0 / DIV FNUM avqJ[R GSR 0.500000 1.000000 4 M 0.000000 zeH=py[n GNR 0.500000 1.000000 4 M 0.500000 C%P.`Nx A GNR 0.500000 1.000000 4 M 1.000000 Y1BxRd?D AEC .1 1 .05 9y)}-TcSpY ACM .1 1 .05 5=!aq\
5 ACC 8 1 0.5 |~=4ZrcCP ACA 70 1 0JhUncx LUL 45 1 1 A TOTL uW,rmd A BACK Tn$|
Xa+:s M 0.5 1 A BACK sB01QVx47 M 0 1 A P YA 1 g$8aB{) S GIHT n>%TIoY M 0 1 A P HH 1 |G)bnmi7 END ;;LiZlf SNAP 10 1EHNg<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) @T sdgx8 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`Lyp# SURF ' :,p6 1 3 5 7 9 11 13 15 , pr ",= 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 TWgI-xB PLOT F!yejn
[ 9Z_98Rh 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$9M=} 当你拥有如此多的强大工具时,探索其他组合很有趣并且往往是有益的。 H?axlRmw3 如果你想了解我们优秀镜头的属性,这里是RLE文件: }x1p~N+; RLE ? k*s!YCZ ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS 50760 iw^(3FcP@C ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001011101 93 |^E#cI FNAME 'DSEARCH07.RLE ' bI~(<-S~K MERIT 0.252142E-03 ?yt" LOG 50760 D+vHl} WA1 .9000000 .7700000 .6400000 .5100000 .3800000 I8 {2cM; CORDER 3 1 5 2 4 (""1[XURQK WT1 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 3YF*TxKx APS 1 UNITS MM /xRPQ| OBB 0.000000 0.80000 1.26000 -0.14478 0.00000 0.00000 1.26000 0 AIR kycZ 1 RAD -12.3575888493127 TH 8.00349843 - ?W hJ.U 1 N1 1.70683888 N2 1.71075605 N3 1.71661866 N4 1.72704962 N5 1.75095371 D0=H&Z[ 1 CTE 0.568000E-05 C0F#PXUy 1 GTB S 'N-LAK10 ' @cZNoD 2 RAD 5.6036307276255 TH 0.42904026 AIR +kKfx! 3 RAD 8.4130780171013 TH 6.59790611 g^DPbpWxu 3 N1 1.73259261 N2 1.73873215 N3 1.74890937 N4 1.76882390 N5 1.82136771 PO[
AP%; 3 CTE 0.800000E-05 G6(U\VFqO 3 GTB S 'SF4 ' Ue<Y ~A 4 RAD -9.1818032305934 TH 5.54967141 AIR %vO b"K$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 daIt `} s 13 N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514 13 GTB S 'N-LASF46B ' F~dq7AS 14 RAD 1.0699320226013 TH 0.49970566 AIR ruLi
"d 14 TH 0.49970566 >g@;`l.Z# 14 YMT 0.00000000 z Uqt^_ 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。
|