SYNOPSYS 光学设计软件课程十九：DOE在现代镜头设计中的应用

_ER. AKY
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。 FuG;$';H75
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）。

F3L+X5D.yu
    CORE 16 S 8)!70
        DSEARCH 1  QUIET 7}`FXB
        SYSTEM *;U<b
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY i1*0'x
        OBB 0 25 12 |7${E^u
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 \u;`Lf
T wzpq1
        UNITS MM _hMFmI=r[
        END 9_ZGb"(Lj
        GOALS D0>Pc9
        ELEMENTS 5 B>@l(e)b
        FNUM 3.5 GInw7
        BACK 0 0 5Vai0Qfcu:
        TOTL 0 0 8s %YudW
        STOP MIDDLE vin3 i&k
        STOP FREE 0%)T]SDS
        RSTART 50 100 200 400 e0j4t-lL
        RT 0.5 }daU/
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 0 ZSn r+
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 kI2+&
        NPASS 100 2jxIr-a1G
        DELAY 9999 G,<l}(tEG
        NGRID 6 lQy-&d|=#^
        ANNEAL 200 20 Q wuM'M<J@
        COLORS 3 {|B[[W\TN
        SNAPSHOT 10 l]gW_wUQd
        QUICK 40 100 Ey=}bBx
        END 5>ktr)]
        SPECIAL PANT 1U?5/Ja
g's!\kr
        END UcH#J &r
        SPECIAL AANT \ FJ ae
        ACA 60 .1 1 5=%KK3
        ADT 6 .1 1 Q7i(M >|O
        M 0 .01 A P HH 1 7|GSs=
        LLL 22 1 1 A BACK )PW|RW
        LUL 250 1 1 A TOTL \jmZt*c
    END ` U-vXP
    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。）

)dh`aQ%N "
    ADA 5 QUIET :8HVq*itS
eTay/i<-
    PANT c((bUjS'=Y
    VY 0 YP1 nF<xJs
    VLIST RD ALL pM}~/
    VLIST TH ALL >#Xz~xI/I
    VY   1 GLM FCWk8/
    VY   3 GLM +S`cUn7
    VY   5 GLM p1K]m>Y{?
    VY   7 GLM <XtE|LG
    VY   9 GLM Xo&\~b#-
    END /7fd"U$Lh
    AANT P AEC 3:xKq4?
    ACC F^aD#
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 gNc;P[
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 E31YkD.A
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 T7Y}v,+-
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 w=a$]`
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 TdT`Vf
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 3^xq+{\)
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 w7&.Uqjf
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 YDj5+'y
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 = ^Vp \
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 ek]nLN
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 u6Wan*I?
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 [HUK 9hG
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 IV1Y+Z )
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 x<' $
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 |0?v4%g
      ACA 60 .1 1 >tx[UF@P@
      M 0 .01 A P HH 1 PxGw5:
      LLL 22 1 1 A BACK GZKYRPg
      LUL 250 1 1 A TOTL <;O^3_'
    END }/,Rp/+7]
    SNAP/DAMP 1 VaGQre
    SYNOPSYS   40

该程序发现表面1使用DOE效果最好。

}6<5mq)%
command ASY shows the data of this DOE. Cb`,N
L F} d
SPECIAL SURFACE DATA T93st<F=R
______________________________________________________________________________ YOj&1ymBZ
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) he:z9EG}
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 jD}h`(bE
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 WSN^iDS
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 xkax
DIFFRACTION ORDER:        -1 F",TP,X
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) *Uj;a.
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，

i/H;4#Bz
    VY 1 G 16 nE*S3
    VY 1 G 26 {"%a-*@%
    VY 1 G 27 1 ] cLbJ
    VY 1 G 28 \AH5zdK
    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！）

EhM=wfGKw
    !ADA 5 QUIET :z&kbG
P}UxA!
    PANT UcOP 0_/
    VY 0 YP1 ~cfXEjE6
    VLIST RD ALL l>`66~+s,`
    VLIST TH ALL }LKD9U5;8
    VY   1 GLM FQ1B%u|
    VY   3 GLM cL~WDW/
    VY   5 GLM 6)ln,{
    VY   7 GLM 0B!(i.w
    VY   9 GLM OKK Ko`RN
w,vnpdT
    VY 1 G 16 lS7L|
    VY 1 G 26 {i?G:K
    VY 1 G 27 6 U[VoUU
    VY 1 G 28 law$LL
    VY 1 G 29 ^v'0\(H?P
    VY 1 G 30 g?Nk-cg
    VY 1 G 31 naH(lz|v
    VY 1 G 32 strM3j##x
=b>TFB=*N
    VY 9 G 16 /|P{t{^WM
    VY 9 G 26 3nc\6v%
    VY 9 G 27 P5oS 1iu*
    VY 9 G 28 +Ln^<!P
    VY 9 G 29 oe2*$\?.
    VY 9 G 30 ,d38TN
    VY 9 G 31 6QbDU[
    VY 9 G 32 IF5-@hag,
    END 8IQ}%|lN
    …

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。

LQ4:SV'3
    RLE QOYMT(j
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 O65`KOPn
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 kk6 !krZ
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 [f6BA|
     APS               1  UNITS MM d~%7A5
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR B=~y(Mb
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 fuv{2[NV
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 Q2r[^Z
     CWAV        0.587600 Fj~suZ`
     HIN        1.517000       55.000000 #&?ER]|3
       RNORM    61.6138 oxN5:)
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 .24z+|j
       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 ;hO6 p
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 BlU&=;#r5>
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR YX-j|m|
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 g=Xy{Vm
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 9t)Hi qj
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR RH<2f5-sC!
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 M(K7xx+G
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 em3+V
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR cl`Wl/Q#
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 ou~$XZ7oi
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 l~o!(rpX
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR z{\tn.67
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 lW-h @
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 F%o!+%&7
       9 USS  16 ' *a}*(0OA
     CWAV        0.587600 MooH`2Fd
     HIN        1.517000       55.000000 nCWoco.xy
       RNORM    17.8887 6d;}mhH
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 .Vnb+o
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 1_q!E~)
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 K'J_AMBL
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 #UL75
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR hIV]ZYbH
      10 CV      -0.00643491 tB~#;:g
      10 UMC     -0.14285714 }aE'
      10 TH     127.09309610 ZM-P
    10    YMT      0.00000000 tyW}=xs
    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 --]