SYNOPSYS 光学设计软件课程十九：DOE在现代镜头设计中的应用

l yO_rZT
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。 fcD$km
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）。

-H'_%~OV(
    CORE 16 zUIh8cAoE
        DSEARCH 1  QUIET -md2Z0^ Kc
        SYSTEM dUOjPq97
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY eey <:n/Z
        OBB 0 25 12 \qV5mD]"M
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 a%*W^R9Ls
zrRt0}?xl
        UNITS MM </:f-J%U/
        END /=,^fCCN
        GOALS !*?&V3!
        ELEMENTS 5 u0w2v+
        FNUM 3.5 H<X4R
        BACK 0 0 REQ2pfk0
        TOTL 0 0 5}e-\:J>B
        STOP MIDDLE ~W%A8`9
        STOP FREE m\"M`o B
        RSTART 50 100 200 400 3f eI
        RT 0.5 D:8-f3
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 p^5B_r:
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 {BY`Wu:w
        NPASS 100 @<W"$_r-
        DELAY 9999 sZ]O&Za~
        NGRID 6 yY[[)
        ANNEAL 200 20 Q (@uQ>dR:
        COLORS 3 Crm](Z?
        SNAPSHOT 10 SO]x^+[
        QUICK 40 100 cS4e}\q,
        END f ,K1a9.
        SPECIAL PANT a%Mbq;
j05ahquI
        END ZMg%/C
        SPECIAL AANT _ nS';48
        ACA 60 .1 1 HR.S.(t[_
        ADT 6 .1 1 XMa(XOnX
        M 0 .01 A P HH 1 D3;^!ln]D
        LLL 22 1 1 A BACK rAn''X6H
        LUL 250 1 1 A TOTL P,_GTs3/G
    END W\N-~9UA
    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。）

u9N?B* &{
    ADA 5 QUIET 3ZC to[Y
Fr/8q:m&
    PANT azF"tke
    VY 0 YP1 `(W V pP?
    VLIST RD ALL kS/Zb3
    VLIST TH ALL 42U3>
    VY   1 GLM xyBe*,u
    VY   3 GLM ;G;vpl
    VY   5 GLM 2ZNTg@o
    VY   7 GLM ~Jp\'P7*
    VY   9 GLM .F'Fk=N
    END v;?t=}NwF
    AANT P AEC 31Zl"-<#-
    ACC 0-l @U{
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 /D 2v1
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 7EQ |p
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 Lo7R^>
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 P[#V{%f*5
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 Zhz.8W
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 'n)M0e
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 *2=:(OK
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 &R\ .^3
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 <`H:Am`
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 JgYaA*1X
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 hb_YdnG
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 ]*[S#Jk
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 Gob1V
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 QOy+T6en
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 #x':qBv#
      ACA 60 .1 1 WvUe44&^$
      M 0 .01 A P HH 1 4=*VXM/
      LLL 22 1 1 A BACK Maf!,/U4
      LUL 250 1 1 A TOTL 1UyI.U]
    END A5y?|q>5
    SNAP/DAMP 1 oxHS7b
    SYNOPSYS   40

该程序发现表面1使用DOE效果最好。

vxk1RL*Xu
command ASY shows the data of this DOE. ZfL\3Mn
-'5:Cq
SPECIAL SURFACE DATA t9Pu:B6
______________________________________________________________________________ >[O @u4
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) !OPa `kSh
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 PZeVjL?E
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 JV(|7Sk
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 iN<&
DIFFRACTION ORDER:        -1 )z2Tm4>iql
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) 1ncY"S/VO
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，

EoIP#Cnd1
    VY 1 G 16 >9uDY+70I3
    VY 1 G 26 efl6U/'Ij
    VY 1 G 27 y9pQ1H<F;
    VY 1 G 28 v&xk?F?WU,
    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！）

@Zjy"u
    !ADA 5 QUIET ~Pv4X2MO
NVcL9"ht*@
    PANT 'fy1'^VPAV
    VY 0 YP1 $X9-0-
    VLIST RD ALL xzz[!yJjG
    VLIST TH ALL kbM4v G
    VY   1 GLM #gUM%$
    VY   3 GLM `:}GE@]
    VY   5 GLM Ac^}wXp
    VY   7 GLM `k a!`nfo
    VY   9 GLM H}dsd=yO
/V$[M
    VY 1 G 16 FxTOc@<
    VY 1 G 26 *&% kkbA
    VY 1 G 27 ]+ XgH#I
    VY 1 G 28 b_W0tiyv%
    VY 1 G 29 2%rAf8=
    VY 1 G 30 6wqq"6w
    VY 1 G 31 q/XZb@rt
    VY 1 G 32 %a{cJ6P
: \:jIP
    VY 9 G 16 600-e;p
    VY 9 G 26 4u"V52
    VY 9 G 27 ppM d
    VY 9 G 28 oz(<e
    VY 9 G 29 ,xn+T)2I
    VY 9 G 30 *h-_
    VY 9 G 31 u;F++$=
    VY 9 G 32 1Ty{k^%
    END hE/gul?|_
    …

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。

zX"@QB3E
    RLE xD8x1-
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 \XCs(lNh
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 E;@`{ v
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 yLW iY~Fd
     APS               1  UNITS MM :\4?{,@_h
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR <ij;^ygYD
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 ME>OTs
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 z%}^9
     CWAV        0.587600 C8m8ys
     HIN        1.517000       55.000000 Vv B%,_\
       RNORM    61.6138 DQ?'f@I&*
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 @-NdgM<
       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 #c5G"^)z
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 '%. lY9D
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR %A,4vLe~6
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 zRx-xWo
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 $Dxz21|P7
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR pfe9n[
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 $-|`#|CBd
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 '{5|[
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR nBgksB*A
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 exiCy1[+
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 CSN]k)\N(
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR 5 UpN/\He
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 V&-pgxf;
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 63#Sf$p{v
       9 USS  16 q=M!YWz
     CWAV        0.587600 (%rO'X
     HIN        1.517000       55.000000 nAZuA]p}S]
       RNORM    17.8887 5%mc|
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 P5yS`v$@
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 Ko]A}v\]
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 *r6+Vz
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 ^%@(>:)0
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR $VvL
      10 CV      -0.00643491 U]riBlg>
      10 UMC     -0.14285714 V*@pmOhz
      10 TH     127.09309610 -fI-d1@
    10    YMT      0.00000000 x=pq-&9>B
    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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