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optics1210

2019-01-24 14:27

SYNOPSYS 光学设计软件课程十九：DOE在现代镜头设计中的应用

xT+_JT65
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。 1cK'B<5">]
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）。

bh.&vp.kP
    CORE 16 bSsg`
        DSEARCH 1  QUIET \t!~s^Oox
        SYSTEM x &R9m,
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY `> %QCc\
        OBB 0 25 12 _;k<=ns(=
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 \|0z:R;X
'OA*aQ=K
        UNITS MM ZHNL~=r}
        END gQPw+0w
        GOALS `D77CC]vU
        ELEMENTS 5 ef`_ n+`
        FNUM 3.5 $+Ze"E
        BACK 0 0 *tUOTA 3L
        TOTL 0 0 f'=u`*(b7
        STOP MIDDLE JVIFpN"`
        STOP FREE 60~;UBm5O
        RSTART 50 100 200 400 r:bJU1P1$s
        RT 0.5 3mHzOs\jU
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 s\;/U|P_
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 }:2##<"\t
        NPASS 100 x4* bhiu
        DELAY 9999 ]6e(-v!U
        NGRID 6 5_;-Qw
        ANNEAL 200 20 Q O>h`
        COLORS 3 x-[ItJ% l
        SNAPSHOT 10 H{Ewj_L
        QUICK 40 100 >/A]C$?3
        END M.Yp'Av
        SPECIAL PANT !h.hJt
U823q-x
        END w-n}&f
        SPECIAL AANT HEVjK$
        ACA 60 .1 1 D./{f8
        ADT 6 .1 1 7+P;s,mi7
        M 0 .01 A P HH 1 inaO{ny y
        LLL 22 1 1 A BACK iAz0 A
        LUL 250 1 1 A TOTL ["D!IqI:
    END 8._uwA<[
    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。）

blQ&QQL
    ADA 5 QUIET 3Q$4`p;
LTe ({6l0
    PANT t$$YiO
    VY 0 YP1 B@(d5i{h
    VLIST RD ALL pWxk^qhe/
    VLIST TH ALL B$g\;$G
    VY   1 GLM #NFB=oJI
    VY   3 GLM 67(s\
    VY   5 GLM un 5r9
    VY   7 GLM fQ5v?(
    VY   9 GLM )NZH{G
    END 9295:Y| w1
    AANT P AEC 4 eLZ
    ACC (vG*)a
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 7Y8~")f
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 v^JzbO~|gj
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 I(*3n"
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 :6Nb,Hh~
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 Z+v,o1
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 Oo :Dt~Ib
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 r0}x:{$M
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 P\MDD@
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 6=/sEzS'
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 SZW_V6\t>
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 vqN/crJ@
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 YD[HBF)~j
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 u1 Q;M`+>
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 :Dty([
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 `TPIc
      ACA 60 .1 1 q5_zsUR=
      M 0 .01 A P HH 1 Yk|6?e{+)
      LLL 22 1 1 A BACK i9L]h69r
      LUL 250 1 1 A TOTL Nud =K'P=
    END YIRe__7-NU
    SNAP/DAMP 1 &ww-t..
    SYNOPSYS   40

该程序发现表面1使用DOE效果最好。

f5*qlQJFz\
command ASY shows the data of this DOE. Z4i))%or
_]zX W
SPECIAL SURFACE DATA 3Rb#!tx9
______________________________________________________________________________ i6WPf:#wr
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) s;I @En
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 svmb~n&x6
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 R>0[w$
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 uLzE'ZmV
DIFFRACTION ORDER:        -1 08xo_Oysq
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) :%h1Q>F
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，

rNk'W,FU
    VY 1 G 16 |~5cNm
    VY 1 G 26 Ga5s9wC
    VY 1 G 27 .jD!+wv{9
    VY 1 G 28 L(yUS)O
    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！）

, ~ 1+MZ=
    !ADA 5 QUIET Zp/+F(
y-26\eY^P
    PANT skl3/!
    VY 0 YP1 Z 01A~_
    VLIST RD ALL 6m$X7;x}
    VLIST TH ALL <<01@Q <
    VY   1 GLM D`@a*YIq
    VY   3 GLM {j$2=0Cec
    VY   5 GLM o6A$)m5V
    VY   7 GLM Nqj@p<y/q
    VY   9 GLM |Lg2;P7\
/C8}5)
    VY 1 G 16 9;LjM ~Ct
    VY 1 G 26 JxinfWk
    VY 1 G 27 Cdz?+hb
    VY 1 G 28 n,FyK`x
    VY 1 G 29 k{mBG9[z
    VY 1 G 30 _{`Z?lt
    VY 1 G 31 8p 4[:M@
    VY 1 G 32 xF{%@t
}ex4dhx2M
    VY 9 G 16 (Huvo9
    VY 9 G 26 4vbGXb}!
    VY 9 G 27 8?82 p
    VY 9 G 28 B]tj0FB`-*
    VY 9 G 29 fYPu%MN7
    VY 9 G 30 i@+m<YS:2>
    VY 9 G 31 A@>/PB6n
    VY 9 G 32 7V5c`:"
    END zd%f5L('
    …

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。

We$ n
    RLE ?Ojv<L-f.:
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 bhpaC8|
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 vk E]$4P[$
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 *jhgCm
     APS               1  UNITS MM bz>\n"'
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR U3_O}X+
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 eikZ~!@
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 =)Hu(;Yv
     CWAV        0.587600 iA{q$>{8
     HIN        1.517000       55.000000 ?jz\[0)s
       RNORM    61.6138 ,oH\rrglf
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 e'uC:O.u
       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 oF$#7#0`;8
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 kk`K;`[tB
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR k}:;`ST
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 Lp-$Ie
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 Wi=zu[[qc
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR fNi&r0/-t
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 sDBSc:5+e
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 FbuWFC
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR Fy\q>(v.
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 !4Zy$69R
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 ! $mY.uu
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR _*UI}JtlS
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 oH17!$Fly
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 }O+xs3Uv
       9 USS  16 w/ ~\NI
     CWAV        0.587600 .WKJ37od
     HIN        1.517000       55.000000 :ILpf+`yY
       RNORM    17.8887 #Hr'plg 8
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 J>#hu3&UOQ
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 rZwSo]gp
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 R"XycXn_$
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 Fc[vs52
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR Q\s+w){f%
      10 CV      -0.00643491 cZ)JvU9]
      10 UMC     -0.14285714 Z":m(}u O
      10 TH     127.09309610 ,{G\-(\
    10    YMT      0.00000000 oJNQdW[
    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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