SYNOPSYS 光学设计软件课程十九：DOE在现代镜头设计中的应用

Cn>t"#zs!~
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。 msw=x0{n5
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）。

;|oem\dKv
    CORE 16 Nm3CeU
        DSEARCH 1  QUIET 0rc'SEl
        SYSTEM ]YB,K)WQ
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY X C'|
        OBB 0 25 12 hr g'Z5n
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 X u>]$+u#
>~T2MlRux
        UNITS MM m\K1Ex
        END rwAycW7
        GOALS ?nf4K/IjZ!
        ELEMENTS 5 `QT9W-0e^
        FNUM 3.5 AQ,%5MeqJ
        BACK 0 0 Wix4se1Ac
        TOTL 0 0 Lvn+EM
        STOP MIDDLE ` )~CT
        STOP FREE U#4>GO;A
        RSTART 50 100 200 400 59(} D'lw>
        RT 0.5 @$?*UI6y
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 Kq:vTz&<
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 f5.Be%
        NPASS 100 j8ac8J,}c
        DELAY 9999 dewN\
        NGRID 6 8ya|eJ]/L
        ANNEAL 200 20 Q %v]-:5g'|
        COLORS 3 H`T}k+e2-N
        SNAPSHOT 10 +qyx3c+
        QUICK 40 100 ^]$rh.7&
        END WhDNt+uk)
        SPECIAL PANT 1( ]{tF
{CGk9g"`
        END CrX1qyR
        SPECIAL AANT fyv S1_
        ACA 60 .1 1 SdJkno
        ADT 6 .1 1 *YTv"
        M 0 .01 A P HH 1 gq)uv`3
        LLL 22 1 1 A BACK wPpern05
        LUL 250 1 1 A TOTL ZZW%6-B
    END YU1z\pK
    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。）

*GM.2``e
    ADA 5 QUIET }/F9(m
v$R7"
    PANT tnw6[U!rh=
    VY 0 YP1 S!7|vb*ko
    VLIST RD ALL r7*'s
    VLIST TH ALL N1'$;9 c
    VY   1 GLM e:=+~F(f
    VY   3 GLM v?S3G-r
    VY   5 GLM NKRH>2,
    VY   7 GLM ImI,q:[67
    VY   9 GLM E)(Rhvij
    END oo!JAv}~
    AANT P AEC 5f#]dgBe
    ACC @5TJ]=
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 ef -PlGn
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 bcFZ~B
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 ?) VBkA5j
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 nnMRp7LQ-
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 i8`0-
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 O@,9a~Ghd
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 /??nOVvt
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 n7'X.=o7
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 uJL[m(G
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 etH]-S
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 b$eZ>X
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 'E1m-kJz
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 YRJw,xl
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 wRj&k(?*
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 Lz}mz-N
      ACA 60 .1 1 LT)G"U~
      M 0 .01 A P HH 1 8=j_~&*
      LLL 22 1 1 A BACK $jv/00:&
      LUL 250 1 1 A TOTL Cb;49;q
    END 1WLaJ%Fv
    SNAP/DAMP 1 g2GHsVS
    SYNOPSYS   40

该程序发现表面1使用DOE效果最好。

$rmfE
command ASY shows the data of this DOE. %8T"h
G^_fbrZjN
SPECIAL SURFACE DATA DbvKpM H
______________________________________________________________________________ f;%\4TH?
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) x)^t5"F
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 BFMINq>
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 +`Ypc
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 L:RMZp*bK
DIFFRACTION ORDER:        -1 p*"H&xA@
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) H6]z98
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，

D$G:#z*
    VY 1 G 16 =$awUy
    VY 1 G 26 &\/p5RX
    VY 1 G 27 B]5G"4,
    VY 1 G 28 Kq2,J&Ca3
    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！）

a 9f%p
    !ADA 5 QUIET e`Vb.E)
![4<6/2gy
    PANT '"14(BvW
    VY 0 YP1 $oU40HA)W]
    VLIST RD ALL eNw9"X}g
    VLIST TH ALL dUL3UY3
    VY   1 GLM Fb9!x/$tGV
    VY   3 GLM %vFoTu)2
    VY   5 GLM V?"SrXN>
    VY   7 GLM *T{P^q.s~[
    VY   9 GLM $d_%7xx
F~tT5?+
    VY 1 G 16 6Cd% @Q2cr
    VY 1 G 26 6`Af2Y_
    VY 1 G 27 9py*gN#
    VY 1 G 28 ~]&,v|g&
    VY 1 G 29 ts3BmfR?
    VY 1 G 30 }hd:avze
    VY 1 G 31 p?,:
    VY 1 G 32 YFY$iN~B,
]K(>r#'nH
    VY 9 G 16 ^+20e3 ~Y
    VY 9 G 26 ^%pM$3ov
    VY 9 G 27 Z:(yX0U,[
    VY 9 G 28 _@Le MNv
    VY 9 G 29 WYklS<B[
    VY 9 G 30 {@8TGHKv
    VY 9 G 31 %d/Pc4gfc
    VY 9 G 32 'Bv)UfZ
    END }- P ='AyL
    …

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。

*.]M1
    RLE 3A(sT}
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 42wa9UL<Ka
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 Zw`vPvb!
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 v2uyn
     APS               1  UNITS MM mOkf
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR z]Dbca1a`
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 q`8M9-~
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 uYv"5U]MFv
     CWAV        0.587600 - s,M+Q(<
     HIN        1.517000       55.000000 a*Oc:$
       RNORM    61.6138 0[qU k(=}[
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 6cV -iDOH
       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 |*+f N8
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 N5%zbfKM
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR = UT^5cl(
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 D< h+r?
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 L-T3{I,3
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR VdZmrq;?/
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 o"a~
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 y,D4b6
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR z"@yE*6
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 D~i m1h;>
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 !6UtwCVR
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR DKG%z~R*
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 Wp[R$/uT
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 c3>#.NP_
       9 USS  16 "XEKoeG{
     CWAV        0.587600 `T gwa
     HIN        1.517000       55.000000 w,t>M_(N
       RNORM    17.8887 v&NC` dVR
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 ]}~[2k.
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 &GC`4!H
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 g0P^O@8
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 x!A.**
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR 0?tn.<'B8T
      10 CV      -0.00643491 %$)[qa3
      10 UMC     -0.14285714 *P#okwp
      10 TH     127.09309610 d&dp#)._8
    10    YMT      0.00000000 %)Pn<! L
    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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