SYNOPSYS 光学设计软件课程十九：DOE在现代镜头设计中的应用

jse&DQ
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。 ujpJ@OWj
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）。

a\*yZlXKs
    CORE 16 =T7.~W
        DSEARCH 1  QUIET uwGc@xOgg,
        SYSTEM Qo|\-y-#
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY l*G[!u
        OBB 0 25 12 j0q&&9/Jj
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 H<+TR6k<
vnuN6M{
        UNITS MM EfT=?
        END dSHDWu&
        GOALS 5Gm_\kd
        ELEMENTS 5 1?l1:}^L
        FNUM 3.5 3ckclO\|>
        BACK 0 0 KMax$
        TOTL 0 0 rYk0 ak
        STOP MIDDLE ?}Y]|c^W
        STOP FREE p5*EA x
        RSTART 50 100 200 400 x]j W<A
        RT 0.5 4_ML],.
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 TWX.D`W
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 n+M<\
        NPASS 100 !dq.KwL
        DELAY 9999 v`T c}c '
        NGRID 6 Tp2.VIoQ=
        ANNEAL 200 20 Q &UFZS94@r
        COLORS 3 CWKm(@"5
        SNAPSHOT 10 uPvEwq* C
        QUICK 40 100 1|:KQl2q
        END .e-#yET
        SPECIAL PANT h{qgEIk&
BnY&f
        END #O&8A
        SPECIAL AANT -yg7;ff
        ACA 60 .1 1 (cO:`W6.
        ADT 6 .1 1 7d\QB(~
        M 0 .01 A P HH 1 /gas2k==^
        LLL 22 1 1 A BACK @2#lI
        LUL 250 1 1 A TOTL .6J$,.Ig
    END ~}Pfu
    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。）

w32y3~
    ADA 5 QUIET J[kTlHMD
0*v2y*2V
    PANT 7}mFL*
    VY 0 YP1 2`-Bs
    VLIST RD ALL [D1Up
    VLIST TH ALL B-mowmJ3dg
    VY   1 GLM (;,sc$H]
    VY   3 GLM @(lh%@hO
    VY   5 GLM HVAYPerH
    VY   7 GLM nr#|b`J]
    VY   9 GLM xYB{;K
    END D6Wa.,r
    AANT P AEC eJX#@`K
    ACC SS2%qv
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 @}ZVtrz
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 D m9sL!
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 !`r$"}g
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 GN>@ZdVG}#
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 k;W XB|k
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 5-A\9UC*@
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 'hf8ZEW9'
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 "wc<B4"
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 `0R./|bv\I
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 4Po_-4
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 K> e7pu
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 &c #N)U
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 fXB0j;A
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 S,=|AD
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 BJ0?kX@
      ACA 60 .1 1 IRbfNq^:
      M 0 .01 A P HH 1 ,z?':TZ
      LLL 22 1 1 A BACK ch]29
      LUL 250 1 1 A TOTL [00m/fT6
    END D)Dr__x
    SNAP/DAMP 1 :hA#m[
    SYNOPSYS   40

该程序发现表面1使用DOE效果最好。

!&\INl-Z
command ASY shows the data of this DOE. w*Ihk)
o"SMbj
SPECIAL SURFACE DATA j|Q-*]V
______________________________________________________________________________ <-0]i_4sK
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) tg/H2p^Y
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 ?fS9J
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 )}ROLe
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 ?1".;foZ
DIFFRACTION ORDER:        -1 2+O'9F_v
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) 4.(4x&
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，

^}C\zW
    VY 1 G 16 eiOW#_"\
    VY 1 G 26 @|)Z"m7
    VY 1 G 27 H:\k}*w
    VY 1 G 28 Ct|A:/z(
    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！）

3N:D6w-R
    !ADA 5 QUIET |Ds=)S" K
Qei"'~1a
    PANT ]N[ 5q=A5
    VY 0 YP1 c"xK`%e
    VLIST RD ALL 9{uO1O\
    VLIST TH ALL D3A/l
    VY   1 GLM rN{ c7/|
    VY   3 GLM A(0lM`X
    VY   5 GLM L.WljNo
    VY   7 GLM (tQc
    VY   9 GLM %%wNZ{
wdZ/Xp9]
    VY 1 G 16 PxE3K-S)G
    VY 1 G 26 4Xv*wB1
    VY 1 G 27 E~:x(5'%d
    VY 1 G 28 &VcV$8k
    VY 1 G 29 o`RKXfCq
    VY 1 G 30 Y4(
    VY 1 G 31 .}*"Nv
    VY 1 G 32 [fIg{Q
'P}0FktP`
    VY 9 G 16 m#F`] {
    VY 9 G 26 3D(0=$W
    VY 9 G 27 {}Za_(Y,]
    VY 9 G 28 YnP5i#"
    VY 9 G 29 A+)`ZTuO
    VY 9 G 30 YgoBHE0#
    VY 9 G 31 rXU\
    VY 9 G 32 T,tdL N-
    END k;L6R!V
    …

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。

40<mrVl
    RLE *WT`o>
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 b%5f&N
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 O7IJ%_A&
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 ;w[0t}dPl
     APS               1  UNITS MM vZoaT|3 G]
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR r>U@3%0&
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 0K2`-mL
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 ,4oo=&
     CWAV        0.587600 ?K\axf>F
     HIN        1.517000       55.000000 F@:'J\I}:
       RNORM    61.6138 ;d9QAN&0}
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 XvlU*TO~(~
       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 U`m54f@U
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 _#h_:
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR K6)j0]K1
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 Ez=Olbk
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 LE>]8[f6S
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR Y.r+wc]
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 o.l-7
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 j,dR,Nd
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR iW /}#
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 5o8EC" 0
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 /~f'}]W
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR 6f*CvW
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 N'`A?&2ru
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 ;BIY^6,7e
       9 USS  16 Hg$lXtn]
     CWAV        0.587600 sp*v?5lW
     HIN        1.517000       55.000000 5N&?KA-
       RNORM    17.8887 *w&Y$8c(
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 "!%l/_p?
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 C-[eaHJ'$
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 H}bJ"(9$vC
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 1HZO9cXJ
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR =zKM=qba
      10 CV      -0.00643491 %Qdn
      10 UMC     -0.14285714 [mGLcg6Fw
      10 TH     127.09309610 nK%LRcAs
    10    YMT      0.00000000 "~C,bk
    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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