SYNOPSYS 光学设计软件课程十九：DOE在现代镜头设计中的应用

O8TAc]B
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。 0sto9n3
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）。

>`Gys8T
    CORE 16 SaMg)s~B
        DSEARCH 1  QUIET +'Pf|S
        SYSTEM c?"#x-<1s
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY F]@vmzr
        OBB 0 25 12 :% )va
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 ie{9zO<d
qk{2%,u$@{
        UNITS MM yNi/JM
        END qd(C%Wk
        GOALS <5rp$AzT
        ELEMENTS 5 puA~}6C
        FNUM 3.5 9^QiFgJy
        BACK 0 0 @v\Osp t=
        TOTL 0 0 "C&l7K;bp
        STOP MIDDLE (4o_\&
        STOP FREE t J N;WK.6
        RSTART 50 100 200 400 |jH- bm
        RT 0.5 sxinA8
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 zs:OHEZw
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 ET;YAa*
        NPASS 100 WM$}1:O
        DELAY 9999 Pky/fF7e
        NGRID 6 @{3$H^
        ANNEAL 200 20 Q A-Be}A
        COLORS 3 5P-7"g ca
        SNAPSHOT 10 X*hY?'Rp
        QUICK 40 100 rrbD0UzFA
        END =~6A c}$
        SPECIAL PANT @?lmho?
F9p'|-
        END W5PNp%+KE
        SPECIAL AANT bYQvh/(J
        ACA 60 .1 1 L|pMq!@J
        ADT 6 .1 1 k#X~+}N^
        M 0 .01 A P HH 1 }vzP\
        LLL 22 1 1 A BACK I ,8
        LUL 250 1 1 A TOTL zrVw l\&
    END 2%P{fJbwd
    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。）

Yw @)0%G
    ADA 5 QUIET z#9Tg"8]
.UX`@Q:Gp
    PANT _#32hAI
    VY 0 YP1 2q]y(kW+
    VLIST RD ALL VZuluV
    VLIST TH ALL PJ}d-
    VY   1 GLM VF[$hs
    VY   3 GLM ZD!?mR+-
    VY   5 GLM -#@l`kt
    VY   7 GLM mbT4K8<^
    VY   9 GLM `R[cM;c2
    END v2eLH:6
    AANT P AEC `|kW%L4
    ACC E,IeW {6s
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 wT\JA4
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 3 UUOB.
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 Nini8@d
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 N)yCGo
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 ]90BIJ]*c
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 eka<mq|W
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 >u?m Bx
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 PY81MTv0;
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 EPeKg{w
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 ;::]R'F[
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 JR6r3W
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 709/'#- ^
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 m&S *S_c
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 aF8'^xF
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 lo!^h]iE!
      ACA 60 .1 1 ,J;Cb}
      M 0 .01 A P HH 1 a+mrsyM
      LLL 22 1 1 A BACK L5[{taZ,
      LUL 250 1 1 A TOTL vJ,r}$H3
    END W kP`qD3
    SNAP/DAMP 1 5aZbNV}-
    SYNOPSYS   40

该程序发现表面1使用DOE效果最好。

i}Q"'?
command ASY shows the data of this DOE. jK^Q5iD
px${ "K<
SPECIAL SURFACE DATA )kMF~S|H
______________________________________________________________________________ wK]p`:3
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) }G/!9Zq
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 WuuF&0?8C
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 Q{[l1:
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 ,,G[360
DIFFRACTION ORDER:        -1 ,A%p9
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) Xb<>AzEM
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，

;mT
    VY 1 G 16 r'(*#
    VY 1 G 26 c/DK31K
    VY 1 G 27 (S~kNbIa
    VY 1 G 28 FUVp}>#U
    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！）

6Ki!j<
    !ADA 5 QUIET \ )WS^KR%
xx@[ecW
    PANT +70x0z2
    VY 0 YP1 VUi> ]v/e
    VLIST RD ALL eo*l^7
    VLIST TH ALL a]/KJn/B(
    VY   1 GLM s0O]vDTR,H
    VY   3 GLM Jmuyd\?,b
    VY   5 GLM A.vf)hO
    VY   7 GLM BCfmnE4%
    VY   9 GLM n:[@#xs-
$cWt^B'
    VY 1 G 16 _\.4ofK(
    VY 1 G 26 h/Yxm2
    VY 1 G 27 8y']kVg
    VY 1 G 28 ~&aULY?)]
    VY 1 G 29 f(G1xw]]@Y
    VY 1 G 30 bcq&yL'D
    VY 1 G 31 OqWm5(u&S
    VY 1 G 32 8@[S,[
_7z]zy@PC5
    VY 9 G 16 [Tl66Eyl
    VY 9 G 26 _NB*+HVo
    VY 9 G 27 78\j
    VY 9 G 28 g>@a
    VY 9 G 29 boI&q>-6Re
    VY 9 G 30 &) 64:l&
    VY 9 G 31 d>?C?F
    VY 9 G 32 K {kd:pr
    END Z3yy(D>*
    …

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。

0 *;i]owV
    RLE p+8o'dl8=
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 'A>?aUq]:
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 t7xJ$^p[|K
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 c4u/tt.)
     APS               1  UNITS MM v6|j.;
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR ?em8nZ'
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 n"`V| UTHP
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 gV-*z}`U
     CWAV        0.587600 \vJ0Mhk1
     HIN        1.517000       55.000000 #IZ.px
       RNORM    61.6138 fgs@oaoZ
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 EjFn\|VK
       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 I-}ms
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 |gWA'O0S
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR tkH]_cH'w
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 B~E">}=!
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 W+GC3W
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR o">~ObR
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 '#yqw%
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 eAo+w*D(
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR SswcO9JCX3
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 ;<q2
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 78{9@\e"0
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR }LCm_av
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 vQ*RrHG?c
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 G^tazAEfo
       9 USS  16 Pn^`_
     CWAV        0.587600 mZ2CGOR
     HIN        1.517000       55.000000 U#cGd\b
       RNORM    17.8887 &9^4-5]
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 %VFoK-a
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 YHO}z}f[!
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 rH!sImz,
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 -yB}(69
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR Dm{Xd+Y
      10 CV      -0.00643491 v@|<.
      10 UMC     -0.14285714 F{;#\Ob
      10 TH     127.09309610 R;!@ xy
    10    YMT      0.00000000 CV\^gTPmx
    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

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