SYNOPSYS 光学设计软件课程十九：DOE在现代镜头设计中的应用

4 [R8(U[g
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。 8iMF8\
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）。

kq)+@p
    CORE 16 ~q0I7M
        DSEARCH 1  QUIET j3*M!fM9
        SYSTEM 7ei>L]gm%
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY ;;EDN45
        OBB 0 25 12 p{iG{
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 ,{.zh&=4
'i@,~[Z4
        UNITS MM W4)kkJ
        END +V)qep"
        GOALS OOEV-=
        ELEMENTS 5 2Pbe~[
        FNUM 3.5 ES^>[2Y
        BACK 0 0 Uj4Lu
        TOTL 0 0 AddGB^7yl
        STOP MIDDLE XXa(305
        STOP FREE >Y7r\
        RSTART 50 100 200 400 O0@w(L-
        RT 0.5 ,\BVV,
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 7%{R#$F
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 EKqi+T^=F
        NPASS 100 c u\ls^
        DELAY 9999 M (+.$uz
        NGRID 6 BX@pt;$ek7
        ANNEAL 200 20 Q Gs+\D0o!
        COLORS 3 1*Sr5N[=
        SNAPSHOT 10 {SF[I
        QUICK 40 100 Dc5bkm
        END lkV6qIj
        SPECIAL PANT w+q?T
, p_G/OU
        END VBu8}}Ql
        SPECIAL AANT d!`lsh@tF
        ACA 60 .1 1 Qm $(
        ADT 6 .1 1 Hl4\M]]/&
        M 0 .01 A P HH 1 7N>oY$&)
        LLL 22 1 1 A BACK ,VAp>x+O
        LUL 250 1 1 A TOTL GtF2@\
    END #MUiL=
    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。）

IQT cYl
    ADA 5 QUIET hF2/ y.:P
Kaf>
    PANT x Y| yI>
    VY 0 YP1 _WKJ<dB<
    VLIST RD ALL "ml?7Xl,n
    VLIST TH ALL ^"1TPd|
    VY   1 GLM 5|{)Z]M%9
    VY   3 GLM Mec{_jiH&D
    VY   5 GLM YZibi
    VY   7 GLM M:_!w[NiLp
    VY   9 GLM +O'vj
    END !6Q`>s]
    AANT P AEC r:-WzH(Ms
    ACC .8]Y-
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 X:Q$gO?[4
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 Rvvh{U;t
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 Id%_{),HX
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 .!i0_Rv5x
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 en>9E.?N
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 $&IpX M]
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 +jtA&1cf
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 :7\9xH
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 PRD_!VOW
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 ;`kWpM;
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 H>?F8R_iq
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 _9NVE|c;
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 0qv$:w)g+v
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 8Y#bN*!
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 "<*awWNI
      ACA 60 .1 1 ?vu_k 'io
      M 0 .01 A P HH 1 ^n9a" qz
      LLL 22 1 1 A BACK M/{g(|{
      LUL 250 1 1 A TOTL M-Y0xWs
    END RlsVC_H\
    SNAP/DAMP 1 Tr&E4e
    SYNOPSYS   40

该程序发现表面1使用DOE效果最好。

TFy7HX\Oq
command ASY shows the data of this DOE. 9= V>f)R
H] k'?;
SPECIAL SURFACE DATA ^Dr.DWi{$
______________________________________________________________________________ iITp**l
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) Uki9/QiX>
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 BDe]18X
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 'L{p,
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 %9o+zg? RJ
DIFFRACTION ORDER:        -1 t\r:E2 O
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) dig~J\
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，

`tE^jqrke5
    VY 1 G 16 Fk1.iRVzi
    VY 1 G 26 ]` ]g@v
    VY 1 G 27 SMoz:J*Q(
    VY 1 G 28 \cQ .|S
    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！）

XoR>H4xh
    !ADA 5 QUIET \iU]s\{).
hazq#J!
    PANT rg5]&<Vq8
    VY 0 YP1 M=y0PCD
    VLIST RD ALL 4:mCXP,x
    VLIST TH ALL '<@=vGsye
    VY   1 GLM ;;V\"7q'
    VY   3 GLM ^Y04qeRd
    VY   5 GLM *Oo &}oAj
    VY   7 GLM e*]r
    VY   9 GLM &Un6ay
RY=1H
    VY 1 G 16 lj2=._@R
    VY 1 G 26 5HlWfD
    VY 1 G 27 )%Ru#}1X6
    VY 1 G 28 x*}bo))hb
    VY 1 G 29 ?a.+j8pbGg
    VY 1 G 30 |}[nH>
    VY 1 G 31 EO)%UrWnC
    VY 1 G 32 dDtFx2(R
R1ktj
    VY 9 G 16 SwH2$:f
    VY 9 G 26 #Hu~}zy
    VY 9 G 27 Vq ^]s$'
    VY 9 G 28 :reTJQwr
    VY 9 G 29 lBA+zZ
    VY 9 G 30 9z ?7{2C
    VY 9 G 31 .L;@=Yg)
    VY 9 G 32 f h<*8w0H
    END >dQK.CG
    …

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。

Tby,J B^U
    RLE UQT'6* !
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 HIf{Z* mb
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 Q\kub_I{@
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 1 W'F3
     APS               1  UNITS MM v{;7LXy0
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR \#dl6:"
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 l1+[
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 G&9#*<F$c
     CWAV        0.587600 \ijMw
     HIN        1.517000       55.000000 ?o[L7JI
       RNORM    61.6138 MZv\ C
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 S~F`
       1 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00    1 XDD  3   1.6576954E+01 -1.5772577E+02  5.5355850E+02 -1.2824350E+03  2.0288263E+03 .~klG&>aV
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 :q+N&j'3
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR ?Zcj}e.r
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 IcF@F>>
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 BWUq%o,@g
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR 'Ud|Ex@A9
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 TbhH&kG)1
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 '$m7ft}
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR Q9>U1]\
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 wu~hqd
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 `l]j#qshTm
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR 9$l>\.6
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 4$"DbaC
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 /"#4T^7&
       9 USS  16 %3=J*wj>D
     CWAV        0.587600 (#Mp 5C'X
     HIN        1.517000       55.000000 >Da~Q WW|
       RNORM    17.8887 >PalH24]
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 *\XH+/]+
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 %c/^_.
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 .BZVX=x
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 qfL-r,XS`F
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR Ax<\jW<
      10 CV      -0.00643491 mLwY]2T"
      10 UMC     -0.14285714 d'HOpJE
      10 TH     127.09309610 (Mt5P
    10    YMT      0.00000000 ps1@d[n
    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 --]