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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

i'p6#  
dF$&fo%  
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。 [,sm]/Xlc  
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: Af Y ]i  
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 ?10L *PD@  
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。

1xjWD30  
    CORE 14 ~- eB  
    DSEARCH 3 QUIET .S*VYt%K7  
3L:SJskYR  
    SYSTEM \1<8'at  
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS TgA>(HcO  
    UNI MM %#TAz7  
    OBB 0 0.8 1.26 DO6 pv  
    WA1 0.9 0.77 0.64 0.51 0.38 rqz48~\lJ  
    CORDER 3 1 5 Vp&"[rC_z  
    END c!N#nt_<  
jEn 9T  
    GOALS IO7cRg'-F  
    ELEMENTS 8 {9v Mc  
    FNUM 0.7143 100 OmlM9cXm^4  
    BACK 0 0 )v\ A8)[  
    TOTL 0 0 CbFO9q  
    STOP FREE i?861Hu  
    COLORS M -J>f,zA  
    RSTART 10 gO#%*  W  
    THSTART .25 b8**M'k  
    ASTART 0.1 pgPm0+N  
    RT 0.7 {t|Q9&  
    OPD g%okYH?  
    QUICK 50 50 b%7zu}F  
    ANNEAL 200 20 Q cN`P5xP'  
    END ySHpN>U  
Zn:]?%afdO  
    SPECIAL PANT V/tl-;W  
    SLIMIT 100 0.1 eOahr:Db  
(_AU)  
    END p-*{x  
6Ev+!!znu  
    SPECIAL AANT      ! SMALL ELEMENTS; CAN BE CLOSE TOGETHER小透镜; 可以一起关闭 pnUL+UYeM  
9Zr6 KA{  
    AEC .1 1 .05          ! edge monitor边缘探测器 x>+sqFd\  
    ACM .1 1 .05          ! minimum element TH 透镜最小厚度 )}u?ftu\  
    ACC 8 1 0.5      ! maximum TH最大透镜TH 4kR;K !@k  
    ACA 70 1 1           ! avoid critical-angle refraction避免临界角度折射 \+Y5b}  
    LUL 45 1 1 A TOTL ! limit track length 限制总长 m[v%Qe|~  
    A BACK !LCy:>i!d  
    M 0.5 1 A BACK          ! want image clearance of 0.5mm @ 6*eS+t\  
            想要0.5mm的图像间隙 =.l>Uw!  
    M 0 1 A P YA 1 S GIHT          ! control distortion控制畸变 bnN&E?{hF1  
    M 0 1 A P HH 1 END          ! and make telecentric 使其远离中心 *Ag3qnY  
lo-VfKvy  
    GO
P MI?PC[;  
i!eY"|o  
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:
)5fly%-r)  
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。
/#j)GlNp:  
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。 5=  V29  
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。
W6):IW(E  
    PANT 89t"2|9 u  
    SLIM 100 0.1 $`P]%I}  
        VY 0 YP1      ! let the program find the best stop position 让程序找到最佳光阑位置 PmQeO*f+  
    VLIST RD ALL Zzmo7kFx3  
    VLIST TH ALL ?rziKT5OOC  
    END 0}M'>  
    AANT P 2InM(p7j~K  
    M   0.140000E+01  0.100000E+03 A CONST 1.0 / DIV FNUM fKO@Qx]  
    GSR     0.500000     1.000000      4  M    0.000000 ,+X:#$  
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    0.500000 op3a*KG  
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    1.000000 uX6p^KNm5  
    AEC .1 1 .05 > w SI0N  
    ACM .1 1 .05 AmJdZs|/  
    ACC 8 1 0.5 '<'5BeU  
    ACA 70 1 fcy4?SQ.<i  
    LUL 45 1 1 A TOTL  Hs6Kki1  
    A BACK g ;X K3R  
    M 0.5 1 A BACK &da:{  
    M 0 1 A P YA 1 Df$~=A}  
    S GIHT nRT ]oAi  
    M 0 1 A P HH 1 dF5y' R'  
    END I9x kqj  
    SNAP 10 OzR<jCOS  
    SYNOPSYS 40 0 FIX 30
a'd=szt  
#99=wn  
我们保存文件并命名为GSOPT.MAC,因此会产生第二个宏去驱使GSEARCH运行我们想要的结果。(L26M3)
TD78&a#  
    GSEARCH 3 QUIET LOG QZ[S, c^  
    SURF (iIzoEpb8W  
    1 3 5 7 9 11 13 15 3Bcv"O,B!{  
    END u|k_OUTq  
    NAMES B ]sVlbt  
    S N-PK52A \GKR(~f  
    S N-F2 e [6F }."c  
    S P-SF68 riRG9c |  
    END  ?$y/b}8  
    USE 3           ! 仅允许使用所有三种玻璃类型的情况 /1uGsE+[  
    GO
=(~ZmB\  
EVE"F'Ww,_  
然后我们运行这个文件。 c= ?Tu  
我们得到的结果如下:
rq1zvuUx  
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
9<kMxtk$  
    GSEARCH 3 QUIET LOG Vv+ oq5hf  
    SURF \tY7Ga%c  
    1 3 5 7 9 11 13 15 M1T.  
    END L+eK)Q  
    NEAREST 3 P 87m`K Str7  
    S IkxoW:L  
    END j?g#8L;W\w  
1QnaZhu'  
    GO
d(Hqj#`-31  
"-j96 KD  
然后再次运行它。 结果更好,如下所示。
sbFIKq]  
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:
<fA}_BH%]  
    AED 3 QUIET 1 16
3+q-yP#X  
jhBfy|Ftu  
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:
UMT}2d%  
只需要七个镜片! 让我们来看看MTF效果。
Ndyo)11z  
    FCO 0 ^(@]5$^Z  
    MFF {xOzxLB;  
    ICOL M Ps;4]=c  
    HBAR 0 .5 .75 1 4W<[& )7  
    GBAR 0 7!)VO D8Z  
    PLOT
(ak&>pk;  
y,@yaM}-/K  
让我们看看后焦点位置与波长的函数。 输入AI句子 %(H' j@D[  
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
DF'~ #G8  
    PLOT BACK FOR WAVL = .38 TO .9
E>O@Bv  
@;KvUR/+FE  
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。 [57`V &c5  
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
P"Z1K5>2L  
    AEI 3 1 14 CONLY 100 1 10 50
Dtyw]|L\H  
GiXs`Yt|  
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。 $ f||!g  
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。 &PFq(4  
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。 z4zPR?%:  
如果你想了解我们优秀镜头的属性,这里是RLE文件:
{xTh!ih2 -  
    RLE } :gi<#-:G  
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS       50760 |KO[[4b ?+  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001011101     93 *y$CDv  
     FNAME 'DSEARCH07.RLE                                     ' @\>7 wt_'  
     MERIT   0.252142E-03 ;ZMIYFXRqh  
     LOG    50760 fu-,<m{  
     WA1 .9000000 .7700000 .6400000 .5100000 .3800000 |`fuu2W!  
     CORDER   3   1   5   2   4 oZdY0nh4  
     WT1 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 H6Gs&yk3  
     APS               1  UNITS MM L"0?g(< 5  
     OBB  0.000000      0.80000      1.26000     -0.14478      0.00000      0.00000      1.26000    0 AIR NS;L FeGD  
       1 RAD    -12.3575888493127   TH      8.00349843 8-cuaa  
       1 N1 1.70683888 N2 1.71075605 N3 1.71661866 N4 1.72704962 N5 1.75095371 uD[T l  
       1 CTE   0.568000E-05 H\a\xCP3  
    1    GTB S    'N-LAK10         ' 2^nws  
    2    RAD      5.6036307276255   TH      0.42904026 AIR KuL+~  
    3    RAD      8.4130780171013   TH      6.59790611 $ub0$S/Hu  
       3 N1 1.73259261 N2 1.73873215 N3 1.74890937 N4 1.76882390 N5 1.82136771 7) a f  
       3 CTE   0.800000E-05 `DM)tm3&m  
    3    GTB S    'SF4             ' &l4kwds R  
    4    RAD     -9.1818032305934   TH      5.54967141 AIR .' h^  
    5    RAD    -56.1367087651872   TH      8.00224863 P :%b[7  
       5 N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514 K}GR U)  
    5    GTB S    'N-LASF46B       ' kpNp}b8']  
    6    RAD      4.8482482223468   TH      0.10000000 AIR r`RLDN!`  
    7    RAD      4.3440291976542   TH      1.00000148 {.DY\;Q  
       7 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013 <Q`3;ca^  
       7 CTE   0.130100E-04 V ZtFgN$J  
    7    GTB S    'N-PK52A         ' TefPxvd  
    8    RAD     -5.7980974504808   TH      0.10000000 AIR $Zkk14  
    9    RAD      3.1580916229850   TH      1.00865373 yJ6g{#X4K<  
       9 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013    9 CTE   0.130100E-04 E}<i?;  
    9    GTB S    'N-PK52A         ' C@<gCMj,"  
    10    RAD     -6.1466379437070   TH      0.12251679 AIR c\O2|'JzE  
    11    RAD     -5.2492188361156   TH      6.03606534 BHErc\ITP  
      11 N1 1.88762683 N2 1.89708892 N3 1.91293610 N4 1.94491007 N5 2.03856725  5PC:4  
      11 CTE   0.590000E-05 17 0r5  
    11    GTB S    'N-SF66          ' x3.,zfWs  
    12    RAD     -7.8896787646760   TH      0.10004337 AIR wM3m'# xJ  
    13    RAD      1.1618206771614   TH      1.00000000 FJxb!- 0&  
    13    N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514   13 GTB S    'N-LASF46B       ' %az6\"n  
    14    RAD      1.0699320226013   TH      0.49970566 AIR oTcf[<   
      14 TH       0.49970566 V'UFc>{o  
    14    YMT      0.00000000 @D `j   
    15    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  END
L {&=SR.  
:uC9 #H"b  
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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