SYNOPSYS 光学设计软件课程十九：DOE在现代镜头设计中的应用

b=XHE1^rM
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。 F.-:4m(Z
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）。

,tak{["
    CORE 16 sF~!qag4q'
        DSEARCH 1  QUIET N1Dr'aw*
        SYSTEM U3BhoD#f\
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY 'mk_s4J
        OBB 0 25 12 F[*/D/y(
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 FTWjIa/[
g9gi7.'0
        UNITS MM sf8F h
        END C sCH :>
        GOALS Y=Om0=v
        ELEMENTS 5 dz1kQzOU*
        FNUM 3.5 ,1>n8f77]
        BACK 0 0 ~8U0(n:^
        TOTL 0 0 m(IyW734I
        STOP MIDDLE SE6c3
        STOP FREE W~/{ct$Y
        RSTART 50 100 200 400 ^Vg-fO]V
        RT 0.5 ;Q0H7)t:
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 RaOLy \
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 vsJM[$RF
        NPASS 100 @.L/HXu-P
        DELAY 9999 PxA OKUpI
        NGRID 6 <[?ZpG
        ANNEAL 200 20 Q Q096M 0m
        COLORS 3 |IDZMd0
        SNAPSHOT 10 * 'Bu-1{
        QUICK 40 100 [DvQk?,t
        END 5]zH!>-F
        SPECIAL PANT ~.CmiG.7
4+MaV<!tU^
        END Nka 3H7`
        SPECIAL AANT T\"-q4+=C
        ACA 60 .1 1 ._q<~_~R
        ADT 6 .1 1 %DM0Z8P$B-
        M 0 .01 A P HH 1 85lcd4&~
        LLL 22 1 1 A BACK #I\" 'n5M
        LUL 250 1 1 A TOTL AWd,qldv
    END Zgo%Jo
    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。）

-b|"%e<'
    ADA 5 QUIET =_CH$F!U
/ }*}r
    PANT rQosI:$
    VY 0 YP1 *%*Bo9a/
    VLIST RD ALL fXh{_>
    VLIST TH ALL #qW#>0U
    VY   1 GLM u60RuP&
    VY   3 GLM P#D|CP/Cu
    VY   5 GLM vmh>|N4a7
    VY   7 GLM 1jO%\uR/
    VY   9 GLM UmY{2 nzY
    END ~+ 9vz
    AANT P AEC *f_A:`:
    ACC a&UzIFdB
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 hRMya#%-
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 ,HI%ym
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 fI1 9p Q
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 jw`05rw:
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 FBbaLqgVF{
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 [ D.%v~j
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 b`@C#qB
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 ;FW <%
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 E AZX
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 lcy<taNu)
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 P+=m.
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 O6vxp?:^
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 2ij&Db/
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 VBw5[
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 d4*SfzB
      ACA 60 .1 1 vhAgX0k
      M 0 .01 A P HH 1 ^i_+ugJX
      LLL 22 1 1 A BACK n:2._s T
      LUL 250 1 1 A TOTL )Jdku}Pf
    END k54\H.
    SNAP/DAMP 1 ^L)TfI_n
    SYNOPSYS   40

该程序发现表面1使用DOE效果最好。

elQjPvb
command ASY shows the data of this DOE. n6+h;+8;]
8'jt59/f
SPECIAL SURFACE DATA BV:Ca34&
______________________________________________________________________________ bxtH`^
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) aHmg!s}&
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 Q;w[o
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 8FMxn{k2
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 ]& ckq
DIFFRACTION ORDER:        -1 :PW"7|c!
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) 6V%}2YE?X
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，

*$BUow/>
    VY 1 G 16 6XF Ufi+
    VY 1 G 26 %UrNPk
    VY 1 G 27 grzmW4Cw
    VY 1 G 28 ~`FRU/@r
    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！）

*3`R W<Z
    !ADA 5 QUIET U&1O
[|oG}'Xz
    PANT gfj_]
    VY 0 YP1 m(U.BXo
    VLIST RD ALL rIPfO'T?
    VLIST TH ALL jH9PD8D\
    VY   1 GLM 7>y]uT@ar
    VY   3 GLM t2)uJN`a$X
    VY   5 GLM nt$PA(Y
    VY   7 GLM f}(4v1T
    VY   9 GLM ygnZ9ikh<-
m`-:j"]b$
    VY 1 G 16 #1E4 R}B
    VY 1 G 26 ,]wQ]fpt
    VY 1 G 27 STjb2t,a
    VY 1 G 28 "[~yu* S
    VY 1 G 29 1a(\F7
    VY 1 G 30 hzr, %r
    VY 1 G 31 ai$l7]7
    VY 1 G 32 i /[{xRXiR
Lm=EN%*#9
    VY 9 G 16 |OF3O,5z
    VY 9 G 26 $7Hwu^c(
    VY 9 G 27 m<3. X"-
    VY 9 G 28 ffL]_E
    VY 9 G 29 _0rt.NRD
    VY 9 G 30 m}?jU
    VY 9 G 31 ^2Cqy%x-
    VY 9 G 32 ZrEou}z(*
    END uo]\L^j
    …

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。

!%t@wQ]\hG
    RLE S;Sy.Lp
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 N<<wg{QO
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 `Z>=5:+G@2
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 xM<aQf\j
     APS               1  UNITS MM I_8 n>\u
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR *y<eK0
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 \kyoA Z
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 "})OLa
     CWAV        0.587600 bvB7d`wx
     HIN        1.517000       55.000000 3+'vNc
       RNORM    61.6138 Dj=$Q44
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 ~P}ng{x4z
       1 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00    1 XDD  3   1.6576954E+01 -1.5772577E+02  5.5355850E+02 -1.2824350E+03  2.0288263E+03 5#f_1 V
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 KI\bV0$p<
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR .u&X:jOE
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 J(]b1e
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 Qo3Enwap=
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR 6X'0 T}
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 vAG|Y'aO@%
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 fA1{-JzV<4
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR 45-x$o
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 zI^:{]p
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 ;=P!fvHk
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR nZYO}bv\
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 O`_, _
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 ^pY8'LF6
       9 USS  16 1\lZ&KX$i
     CWAV        0.587600 \TzBu?,v8
     HIN        1.517000       55.000000 $mAyM+ ph[
       RNORM    17.8887 ;c|_z 9+
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 Ke#Rkt
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 :!$+dr(d
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 k=p[Mlic/
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 @|w/`!}9q
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR {ktwX\z
      10 CV      -0.00643491 }{PG^Fc<P
      10 UMC     -0.14285714 gCRPaF6
      10 TH     127.09309610 g^po$%I '
    10    YMT      0.00000000 Ue`Y>T7+!
    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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