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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

iu+zw[f  
>dcqPNDg1^  
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。 Y# .6d  
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: 9O2a | d  
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 Ed8U;U b  
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。

W=!F8g|Qz  
    CORE 14 /:Rn"0   
    DSEARCH 3 QUIET |^\ Hv5  
=k_XKxd  
    SYSTEM G<Th<JF)Q  
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS ejDCmD  
    UNI MM 6qY\7R2+  
    OBB 0 0.8 1.26 `mQP{od?"?  
    WA1 0.9 0.77 0.64 0.51 0.38 `8qT['`#R  
    CORDER 3 1 5 s n=zh1 A  
    END #.RG1-L  
@5JLjCN  
    GOALS $&c<T4$d  
    ELEMENTS 8 $a)J CErN  
    FNUM 0.7143 100 Qj{$dqmDN  
    BACK 0 0 h,Y{t?Of  
    TOTL 0 0 $ $W{HsX  
    STOP FREE 7Q<Kha  
    COLORS M wGZ>iLe:  
    RSTART 10 &T5f H!?4  
    THSTART .25 e@6RC bj  
    ASTART 0.1 jcT{ugpq  
    RT 0.7 _m) gO/02A  
    OPD ~Tpe,juG_  
    QUICK 50 50 yd{Y}.  
    ANNEAL 200 20 Q r|u6OF>  
    END OcyiL)tv5  
g!~-^_F  
    SPECIAL PANT 1 P(&GYc  
    SLIMIT 100 0.1 KY;uO 8Te  
5e~ j  
    END HMl!?%%  
nph7&[xQI  
    SPECIAL AANT      ! SMALL ELEMENTS; CAN BE CLOSE TOGETHER小透镜; 可以一起关闭 oP 6.t-<dU  
U4 go8  
    AEC .1 1 .05          ! edge monitor边缘探测器 ^!-E`<jW8  
    ACM .1 1 .05          ! minimum element TH 透镜最小厚度 VPq5xSc?  
    ACC 8 1 0.5      ! maximum TH最大透镜TH . x\/XlM  
    ACA 70 1 1           ! avoid critical-angle refraction避免临界角度折射 %Q>~7P  
    LUL 45 1 1 A TOTL ! limit track length 限制总长 /ynKKJx<Y  
    A BACK [MSDk"o&  
    M 0.5 1 A BACK          ! want image clearance of 0.5mm KqG/a  
            想要0.5mm的图像间隙 "W3n BaG  
    M 0 1 A P YA 1 S GIHT          ! control distortion控制畸变 _>Pe]3  
    M 0 1 A P HH 1 END          ! and make telecentric 使其远离中心 e|OG-t[$*  
lN*1zM<6;  
    GO
wz|Q%.%?[  
?[NTw./'7A  
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:
)U"D4j*p  
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。
>Rz#g*@E  
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。 Wfi:wCqZG  
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。
BIHHRCe:@n  
    PANT TYmUPS$  
    SLIM 100 0.1 >qh>Qm8w  
        VY 0 YP1      ! let the program find the best stop position 让程序找到最佳光阑位置 Y3sNr)qss  
    VLIST RD ALL 6@,'m  
    VLIST TH ALL DLg`Q0`M5  
    END zO7lsx2 =  
    AANT P 2s]]!{Z#  
    M   0.140000E+01  0.100000E+03 A CONST 1.0 / DIV FNUM "`V"2zZlj  
    GSR     0.500000     1.000000      4  M    0.000000 y~#R:&d"  
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    0.500000 K2cpf  
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    1.000000 8)ebXc  
    AEC .1 1 .05 =%#$HQ=  
    ACM .1 1 .05 s$+: F$Y0  
    ACC 8 1 0.5 b@Mng6R  
    ACA 70 1 C4X{Ps \  
    LUL 45 1 1 A TOTL eaZ)1od  
    A BACK 56j/w[&8  
    M 0.5 1 A BACK z wniS6R1  
    M 0 1 A P YA 1 S9F]!m^i  
    S GIHT b 'Nvx9=W  
    M 0 1 A P HH 1 sWpRX2{5,  
    END PL$(/Z  
    SNAP 10 GmEJ,%A  
    SYNOPSYS 40 0 FIX 30
`hQ!*f6  
^r?sgJ  
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)
h#6 jUQ  
    GSEARCH 3 QUIET LOG HnKF#<  
    SURF V]CK'   
    1 3 5 7 9 11 13 15 *9U4^lJjn  
    END yg]nS<K~4  
    NAMES bCac .x#jo  
    S N-PK52A *t]&b ;=gE  
    S N-F2 aaa#/OWQZ  
    S P-SF68   xhVq  
    END zLIa! -C  
    USE 3           ! 仅允许使用所有三种玻璃类型的情况 XQg%*Rw+t  
    GO
{bq-: CZe  
>TJKH^7n  
然后我们运行这个文件。 =ty@xHr  
我们得到的结果如下:
O ]4 x;`)  
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
] l qFht  
    GSEARCH 3 QUIET LOG RWm Q]  
    SURF z6>ZV6(d2^  
    1 3 5 7 9 11 13 15 rc{[\1 -N  
    END 1{fwr1b  
    NEAREST 3 P D*2p  
    S aK=3`q  
    END 1wNY}3  
!kk %;XSZ  
    GO
V2sB[Mw  
Le$u$ulS  
然后再次运行它。 结果更好,如下所示。
& b^*N5<Z  
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:
3S2p:\]  
    AED 3 QUIET 1 16
R.WsC bU  
L|xen*O  
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:
3x;y}:wQa  
只需要七个镜片! 让我们来看看MTF效果。
@ 6VH%  
    FCO 0 PAWr1]DI  
    MFF #o |&MV_j  
    ICOL M ~9>[U%D  
    HBAR 0 .5 .75 1 -~GJ; Uw  
    GBAR 0 QT&Ws+@ s{  
    PLOT
W/F4wEODY  
hq[ gj?P  
让我们看看后焦点位置与波长的函数。 输入AI句子 kG7,1teMk  
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
Y`_X@Q  
    PLOT BACK FOR WAVL = .38 TO .9
GWE0 UO}  
v]Q_  
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。 D"XQ!1B%  
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
XTXo xZ#w  
    AEI 3 1 14 CONLY 100 1 10 50
t=\[J+  
z&J ow/  
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。 YH+\rb_  
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。 ^3@a0J=F  
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。 $j2)_(<A%Q  
如果你想了解我们优秀镜头的属性,这里是RLE文件:
6!D  
    RLE /Rcd}rO  
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS       50760 3V!&y/c<  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001011101     93 I)/7M}t`  
     FNAME 'DSEARCH07.RLE                                     ' %oKc?'L0  
     MERIT   0.252142E-03 V +<AG*[  
     LOG    50760 {-]HYk  
     WA1 .9000000 .7700000 .6400000 .5100000 .3800000 b2-|e_x  
     CORDER   3   1   5   2   4 v2X0Px_  
     WT1 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 Gy7x?  
     APS               1  UNITS MM t }C ^E  
     OBB  0.000000      0.80000      1.26000     -0.14478      0.00000      0.00000      1.26000    0 AIR F?AfB[PM  
       1 RAD    -12.3575888493127   TH      8.00349843 6f9<&dCK  
       1 N1 1.70683888 N2 1.71075605 N3 1.71661866 N4 1.72704962 N5 1.75095371 1?$!y  
       1 CTE   0.568000E-05 Dj&bHC5%  
    1    GTB S    'N-LAK10         ' csA.3|rv  
    2    RAD      5.6036307276255   TH      0.42904026 AIR W%ZU& YBc  
    3    RAD      8.4130780171013   TH      6.59790611 IMw)X0z  
       3 N1 1.73259261 N2 1.73873215 N3 1.74890937 N4 1.76882390 N5 1.82136771 #$rT 4N c;  
       3 CTE   0.800000E-05 *H<g9<Dn  
    3    GTB S    'SF4             ' JkDZl?x5  
    4    RAD     -9.1818032305934   TH      5.54967141 AIR H D ^~4\%  
    5    RAD    -56.1367087651872   TH      8.00224863 !w\;Q8irN  
       5 N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514 f]65iE?x  
    5    GTB S    'N-LASF46B       ' Im1qWe  
    6    RAD      4.8482482223468   TH      0.10000000 AIR mqc Z3lsv  
    7    RAD      4.3440291976542   TH      1.00000148 d?X6x  
       7 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013 @[Qg}'i  
       7 CTE   0.130100E-04 =QO[zke:  
    7    GTB S    'N-PK52A         ' \@" . GM%  
    8    RAD     -5.7980974504808   TH      0.10000000 AIR eZkz 1j~  
    9    RAD      3.1580916229850   TH      1.00865373 c)YGwkY,,  
       9 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013    9 CTE   0.130100E-04 4J|t}  
    9    GTB S    'N-PK52A         ' BCB/cBE  
    10    RAD     -6.1466379437070   TH      0.12251679 AIR #/=yz<B  
    11    RAD     -5.2492188361156   TH      6.03606534 =C2C~Xd  
      11 N1 1.88762683 N2 1.89708892 N3 1.91293610 N4 1.94491007 N5 2.03856725 ,/U 9v~  
      11 CTE   0.590000E-05 P Y<V  
    11    GTB S    'N-SF66          ' U>jk`?zW  
    12    RAD     -7.8896787646760   TH      0.10004337 AIR MpvA--  
    13    RAD      1.1618206771614   TH      1.00000000 K1nwv"  
    13    N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514   13 GTB S    'N-LASF46B       ' qz SI cI  
    14    RAD      1.0699320226013   TH      0.49970566 AIR #e|kA&+8M  
      14 TH       0.49970566 BV:,b S  
    14    YMT      0.00000000 CrQ& -!Eh  
    15    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  END
F=c_PQO  
3<E$m *  
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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