SYNOPSYS 光学设计软件课程二十六：融会贯通

z E\~Oa;
X09i+/ICK
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。 gjB(Pwx
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： 0.^67'
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 7K24sHw;%
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。

i~{0>"9
    CORE 14 "OrF81
    DSEARCH 3 QUIET jZ<f-Ff0
u)Vn7zh
    SYSTEM k!g%vx
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS 2:1 kSR^Ky
    UNI MM 6 _#CvQ
    OBB 0 0.8 1.26 [-nPHmZV[
    WA1 0.9 0.77 0.64 0.51 0.38 Mw6 Mt
    CORDER 3 1 5 4CxU eq
    END [qxDCuxq
LiJ./
    GOALS .h@bp1)l
    ELEMENTS 8 6^z):d#u
    FNUM 0.7143 100 8~iggwZ~h"
    BACK 0 0 2bOFH6g
    TOTL 0 0 wqJ1^>TB
    STOP FREE S\@U3|Q5
    COLORS M 4BJw+EV8
    RSTART 10 r3~YGY
    THSTART .25 [XD3}'Aa
    ASTART 0.1 7C~g?1
    RT 0.7 ;Hu`BFXyD
    OPD 1HeE$
    QUICK 50 50 YF)c.Q0
    ANNEAL 200 20 Q \*30E<;C_
    END 88zK)k{
W'Y#(N[ktP
    SPECIAL PANT KWn.
    SLIMIT 100 0.1 B1J2m^
e @|uG%
    END ['aiNhlbt
Ne}x(uRn
    SPECIAL AANT      ! SMALL ELEMENTS; CAN BE CLOSE TOGETHER小透镜; 可以一起关闭 8q|T`ac+N
s 5F?m
    AEC .1 1 .05          ! edge monitor边缘探测器 X>eFGCz}I
    ACM .1 1 .05          ! minimum element TH 透镜最小厚度 o_.`&Q6n
    ACC 8 1 0.5      ! maximum TH最大透镜TH Gp1?drF6
    ACA 70 1 1           ! avoid critical-angle refraction避免临界角度折射 7Dz-xM_?
    LUL 45 1 1 A TOTL ! limit track length 限制总长 P5Pb2|\*
    A BACK =u.hHkx
    M 0.5 1 A BACK          ! want image clearance of 0.5mm "lKR~Qi
            想要0.5mm的图像间隙 P?<G:]W
    M 0 1 A P YA 1 S GIHT          ! control distortion控制畸变 `q7X(x
    M 0 1 A P HH 1 END          ! and make telecentric 使其远离中心 knRs{1}Pw{
dz)(~@tgz
    GO

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：

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。

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。
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。

$kY ]HI
    PANT F7JF1HfCP
    SLIM 100 0.1 ;Lk07+3G
        VY 0 YP1      ! let the program find the best stop position 让程序找到最佳光阑位置 evz@c)8
    VLIST RD ALL DP!~WkU~
    VLIST TH ALL ,xy$h }g
    END "Pzh#rYY~W
    AANT P bfKF6
    M   0.140000E+01  0.100000E+03 A CONST 1.0 / DIV FNUM R-1C#R[
    GSR     0.500000     1.000000      4  M    0.000000 BSyS DM
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    0.500000 vFi+ExBU
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    1.000000 X 3(*bj>P
    AEC .1 1 .05 {w<"jw&2
    ACM .1 1 .05 /(DnMHn\
    ACC 8 1 0.5 |) CfO4
    ACA 70 1 IkgRZ{Y
    LUL 45 1 1 A TOTL }k_'a^;C1
    A BACK 9+I/bl4
    M 0.5 1 A BACK Ypx"<CKP}
    M 0 1 A P YA 1 8]xYE19=
    S GIHT __,F_9M
    M 0 1 A P HH 1 ;AJ6I*O@+
    END l6pvQ|
    SNAP 10 <4.j]BE
    SYNOPSYS 40 0 FIX 30

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)

Gw+pjSJL`
    GSEARCH 3 QUIET LOG r)[Xzn
    SURF Er<!8;{?
    1 3 5 7 9 11 13 15 !iU$-/,1e
    END :rEZR`
    NAMES OF O,5
    S N-PK52A y`8jz,&.
    S N-F2 c2fw;)j&X
    S P-SF68 :dwP
    END %8?XOkH)
    USE 3           ! 仅允许使用所有三种玻璃类型的情况 f;obK~b[
    GO

然后我们运行这个文件。
我们得到的结果如下：

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

|P7FPmn
    GSEARCH 3 QUIET LOG m`Pk)c0
    SURF ?{wD%58^oG
    1 3 5 7 9 11 13 15 DJ|lel/'
    END wx_j)Wij6
    NEAREST 3 P 5>aK4: S/
    S L`"V_ "Q#0
    END o~26<Lk
F[]6U/g n
    GO

然后再次运行它。结果更好，如下所示。

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：

t@q==VHF
AED 3 QUIET 1 16

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：

只需要七个镜片！让我们来看看MTF效果。

eZ{Ce.lNR
    FCO 0 k\\e`=
    MFF 0e(4+:0
    ICOL M Dw<bLSaW&
    HBAR 0 .5 .75 1 z[0tM&pv
    GBAR 0 $0Un'"`S
    PLOT

让我们看看后焦点位置与波长的函数。输入AI句子
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

9hjzOJPuga
PLOT BACK FOR WAVL = .38 TO .9

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。
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

GIhFOK
AEI 3 1 14 CONLY 100 1 10 50

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。
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。
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。
如果你想了解我们优秀镜头的属性，这里是RLE文件：

5-UrHbpCZ#
    RLE */4hFD {
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS       50760 f( <O~D
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001011101     93 ~bz$]o-<
     FNAME 'DSEARCH07.RLE                                     ' /q) H0b
     MERIT   0.252142E-03 W=Mdh}u_I
     LOG    50760 8WC_CAP
     WA1 .9000000 .7700000 .6400000 .5100000 .3800000 0rxGb} b*
     CORDER   3   1   5   2   4 K|=va>
     WT1 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 FT!Xr
     APS               1  UNITS MM IUz`\BO4
     OBB  0.000000      0.80000      1.26000     -0.14478      0.00000      0.00000      1.26000    0 AIR dnkHx
       1 RAD    -12.3575888493127   TH      8.00349843 _%(.OR
       1 N1 1.70683888 N2 1.71075605 N3 1.71661866 N4 1.72704962 N5 1.75095371 o $'K}U
       1 CTE   0.568000E-05 (6&"(}Pai
    1    GTB S    'N-LAK10         ' g!^mewtd
    2    RAD      5.6036307276255   TH      0.42904026 AIR p5l|qs
    3    RAD      8.4130780171013   TH      6.59790611 *'@sm*
       3 N1 1.73259261 N2 1.73873215 N3 1.74890937 N4 1.76882390 N5 1.82136771 $@84nR{>
       3 CTE   0.800000E-05 gZ8JfA_\R(
    3    GTB S    'SF4             ' 1p=bpJC
    4    RAD     -9.1818032305934   TH      5.54967141 AIR ??lsv(v-
    5    RAD    -56.1367087651872   TH      8.00224863 bmJdZD7-<k
       5 N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514 B qLL]%F
    5    GTB S    'N-LASF46B       ' *:ErZ UyQM
    6    RAD      4.8482482223468   TH      0.10000000 AIR ^DVryeLD
    7    RAD      4.3440291976542   TH      1.00000148 j1=su~
       7 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013 \\3 ?ij:v
       7 CTE   0.130100E-04 T[MDjhv'
    7    GTB S    'N-PK52A         ' ]}n|5
    8    RAD     -5.7980974504808   TH      0.10000000 AIR `uC^"R(m
    9    RAD      3.1580916229850   TH      1.00865373 zx@L sp
       9 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013    9 CTE   0.130100E-04 ]GD&EQ
    9    GTB S    'N-PK52A         ' zL9:e7o
    10    RAD     -6.1466379437070   TH      0.12251679 AIR vOv"^X
    11    RAD     -5.2492188361156   TH      6.03606534 ^tIYr<I
      11 N1 1.88762683 N2 1.89708892 N3 1.91293610 N4 1.94491007 N5 2.03856725 Dw$RHogb~y
      11 CTE   0.590000E-05 uvJ&qd8M
    11    GTB S    'N-SF66          ' 4BeHj~~
    12    RAD     -7.8896787646760   TH      0.10004337 AIR ).-#
    13    RAD      1.1618206771614   TH      1.00000000 p{+F{e
    13    N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514   13 GTB S    'N-LASF46B       ' PcjeuJZ
    14    RAD      1.0699320226013   TH      0.49970566 AIR X"7x_yOZ
      14 TH       0.49970566 x+b.9f4xJ
    14    YMT      0.00000000 n3j_=(
    15    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  END

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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