SYNOPSYS 光学设计软件课程十九：DOE在现代镜头设计中的应用

G`/5=
在本课中，我们将重新设计一个5片镜片的镜头，然后在某处添加衍射光学元件（DOE），查看是否可以改善其性能。 4"om;+\
通过MDS对话框中的定义选项将创建一个MACro，它将运行DSEARCH命令，并填充所有数据。

该设计将输入F / 3.5，半视场角为25度，孔径为12毫米。我们选择使用SPECIAL AANT代码来控制后焦，这样可以使后焦长度大于22毫米。我们还要求主光线角度不能过大。
当我们单击OK 按钮时，程序会加载我们的MACRO。我们在顶部添加了CORE 16指令，以加快我们的8核超线程PC的速度，并指定一个长延迟（因此它不会要求中止其他内核，这可能需要更长时间）和一个数量为6的网格（因为非球面和DOE会导致高阶孔径像差）。

HX;JO[0
    CORE 16 b"DV8fdX
        DSEARCH 1  QUIET 4Bn <L&@/
        SYSTEM ]^e4coC
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY yDuMn<=3
        OBB 0 25 12 ^^9O9]
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 %nRz~3X|+v
IL]Js W
        UNITS MM _d[4EY
        END q =\3jd
        GOALS W~!uSrY
        ELEMENTS 5 "^Ax}Jr
        FNUM 3.5 n$*e(
        BACK 0 0 4N!Eqw
        TOTL 0 0 U_&v|2o#3
        STOP MIDDLE IO@Ti(,
        STOP FREE )K.'sX{B
        RSTART 50 100 200 400 ~7G@S&<PK(
        RT 0.5 Z\\'0yuY(
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 z0jF.ub
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 QY^v*+lr\
        NPASS 100 7;8#iS/
        DELAY 9999 Rv/=bY
        NGRID 6 ,\DSi&T
        ANNEAL 200 20 Q Vx~N`|yY
        COLORS 3 R7 WGc[
        SNAPSHOT 10 WZ A8D0[
        QUICK 40 100 7m<;"e)
        END Ag82tDL[u
        SPECIAL PANT C$<['D?8
Iq[ d5)M4
        END %>mB"Y,
        SPECIAL AANT M[= #%U3*N
        ACA 60 .1 1 >jBa
        ADT 6 .1 1 A.v'ws+VDP
        M 0 .01 A P HH 1 OgOs9=cE{
        LLL 22 1 1 A BACK zm&?G
        LUL 250 1 1 A TOTL evLZ<|
    END PCcI(b>?l
    GO

我们要设计DOE曲面，需要选择五个视场进行校正。
我们还为每种情况的曲率半径指定了四个不同的起始值，依次进行研究。请记住，即使对初始条件进行少量更改也可能将DSEARCH发送到镜头设计树的不同分支，这将使搜索的案例数量增加四倍。
我们运行这个MACro并且看到从DSEARCH返回的最好镜头，并不能满足我们的要求。

我们可以通过增加更多的镜片数来获得更好的结果 - 但是我们希望，通过将其中一个镜头，更改为DOE来改进我们的镜头。该程序为我们创建了一个优化MACro，使得继续优化和模拟退火非常容易。让我们来试试DOE。在顶部添加另一条MACro。（“ADA”表示自动DOE分配。）

R#\o*Ta
    ADA 5 QUIET u&npUw^Va
u&Lp
    PANT !D!1%@ e
    VY 0 YP1 q=J8SvSRl
    VLIST RD ALL M,R**z
    VLIST TH ALL {Rv0@)P$
    VY   1 GLM A4mnm6Tf
    VY   3 GLM ]iHSUP
    VY   5 GLM xV+cX*4h
    VY   7 GLM +*')0I
    VY   9 GLM VmbfwHRWb
    END # VAL\Z
    AANT P AEC *$Tz g!/
    ACC "/~KB~bB
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 Q\qI+F2?
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 tDQo1,(oY
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 zir?13N7
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 h)o5j-M>4
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 9u^yEqG`
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 _C&XwCIm
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 7FYq6wi
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 ZR|n\.
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 /f Ui2[y
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 ?Dn 6
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 )N}.n2Y8W
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 )"sJaHx<
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 Y2&hf6BE
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 L_(Y[!
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 .Z#8,<+
      ACA 60 .1 1 E!]d?t3b
      M 0 .01 A P HH 1 j#D( </T
      LLL 22 1 1 A BACK f)9{D[InM^
      LUL 250 1 1 A TOTL c[zaYcbl
    END 7a5G,C#QQ
    SNAP/DAMP 1 b[;Zl<
    SYNOPSYS   40

该程序发现表面1使用DOE效果最好。

M?I^Od'8
command ASY shows the data of this DOE. 34s>hm=0.
}:9UI
SPECIAL SURFACE DATA $geDB~ 2>
______________________________________________________________________________ LP:U6 Z
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) A"pV 7 y
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 =CGB}qU l0
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 nX\Q{R2
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 r;'Vy0?AL
DIFFRACTION ORDER:        -1 VU ,tCTXz
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) FtmI\,
XD 13  5.395981E-06 (R**6)  XD 14  6.889557E-06 (R**8)

我们尝试增加第二个DOE。将变量添加到DOE项的PANT文件中，

YH-+s
    VY 1 G 16 }$D{YHF
    VY 1 G 26 _ H$^m#h
    VY 1 G 27 NoD\t(@h
    VY 1 G 28 qytH<UB
    VY 1 G 29

然后再次运行MACro。这次它需要表面9面型变成DOE。

评价函数会有很大改进。我们修改了PANT文件，因此它会改变两个DOE上的系数，并包括一些高阶项。系数G32是12次幂系数，而ADA的默认值仅为8次幂。（我们注销ADA命令，所以没有得到第三个DOE！）

^E|{i]j#f
    !ADA 5 QUIET o:nh3K/YJ
`@#,5S$ E
    PANT [&H?--I
    VY 0 YP1 QoTjKck.
    VLIST RD ALL 1EcXvT=
    VLIST TH ALL e,rCutA)
    VY   1 GLM [(eO_I5ep
    VY   3 GLM F]k$O$)0
    VY   5 GLM q@8j[15
    VY   7 GLM 0$e]?]X6
    VY   9 GLM D`fi\A
.BqSE
    VY 1 G 16 GFmVR2z_+
    VY 1 G 26 #M5[TN!
    VY 1 G 27 {nyVC%@Y
    VY 1 G 28 s\#eD0|
    VY 1 G 29 3|g]2|~w@h
    VY 1 G 30 u>I;Cir4
    VY 1 G 31 5p5S_%R$e
    VY 1 G 32 e Zb8x
:.%Hu9=GL
    VY 9 G 16 q"%;),@
    VY 9 G 26 gt= _;KZ
    VY 9 G 27 +ziQ]r2g
    VY 9 G 28 +(9qAB7
    VY 9 G 29 H;nq4;^yK
    VY 9 G 30 .-W_m7&}
    VY 9 G 31 DGllJ_/Z
    VY 9 G 32 ]&kzIxh
    END M.QXwIT
    …

现在我们再次运行它，然后模拟退火。

当使用两个DOE进行优化时，DSEARCH返回的镜头的评价函数从0.944下降到0.061。（L19L1）思考我们需要多少球面元件来获得这种质量，您可以自己尝试练习。

K;}h u(*\]
    RLE %}%vey
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 cr_Q,*
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 -A A='s
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 MX.=k>
     APS               1  UNITS MM /92m5p
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR beM}({:`
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 3%$nRP X
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 wt@q+9:
     CWAV        0.587600 wZV/]jmlEt
     HIN        1.517000       55.000000 SKf[&eP,G
       RNORM    61.6138 1*!`G5c,}
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 38hAguZX
       1 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00    1 XDD  3   1.6576954E+01 -1.5772577E+02  5.5355850E+02 -1.2824350E+03  2.0288263E+03 e2?7>?
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 Y"U -Rc
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR ]c \gUU
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 t6)wR
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 c%+9uu3
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR Jc:gNQCsP
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 ~+GMn[h
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 {t;{={$
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR .CL\``
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 ;&Oma`Ec
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 nD$CY K
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR ?r,lgaw
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 `<C/-Au
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 'b* yYX<
       9 USS  16 [Yzh(a8
     CWAV        0.587600 4ZK8Y[]Lv
     HIN        1.517000       55.000000 )&j4F)
       RNORM    17.8887 lF\oEMd*
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 cIO7RD$8
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 ]tVU$9D
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 dfDz/sD*
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 @Ee'nP
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR L.[ H
      10 CV      -0.00643491 f@R j;R~Jp
      10 UMC     -0.14285714 Qn77ZpL:LJ
      10 TH     127.09309610 ^fLePsmd
    10    YMT      0.00000000 IQS:tL/
    11    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  END

本课程展示了如何将镜头表面转换为DOE可以显著提高图像质量 - 或者让您以更少的元件获得所需的质量。当然，这完全取决于镜头供应商是否可以制造DOE。这些可能不太容易。这是表面2处的DMASK配置文件：

这是表面9的轮廓

第二个可能对加工厂是一项挑战。我们来看一下空间频率。使用MMA打开MAP对话框，选择HSFREQ over PUPIL，对象点0，Ray Pattern CREC 9，DIGITAL和Execute。最高频率在边缘处超过7 c / mm。这看起来很不错，但这当然取决于制作它们加工厂的能力和技术。

我们希望随着这项技术的改进，这里提出的设计将变得越来越实用。正如您所见，SYNOPSYS™的ADA功能处于领先地位。

asdoptics	2019-03-03 21:56
优秀文章，支持！

xyk1	2021-08-09 17:56
感觉很棒，谢谢分享

查看本帖完整版本: [-- SYNOPSYS 光学设计软件课程十九：DOE在现代镜头设计中的应用 --] [-- top --]