SYNOPSYS 光学设计软件课程十九：DOE在现代镜头设计中的应用

'm4v)w<y#
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。 URo#0fV4C
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）。

@V7HxW7RX
    CORE 16 S^,q{x*T
        DSEARCH 1  QUIET ?BEO(;'
        SYSTEM z'!sc"]W6
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY 'QP~uK
        OBB 0 25 12 ru5T0w";V
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 @hG]Gs[,o
J;|i6q q
        UNITS MM ju8DmC5
        END ds#om2)
        GOALS }#Q?\
        ELEMENTS 5 }jI=*
        FNUM 3.5 79bt%P
        BACK 0 0 {SOy-
        TOTL 0 0 gz~)v\5D/
        STOP MIDDLE Wu1">|
        STOP FREE l2S1?*
        RSTART 50 100 200 400 +vSp+X1E
        RT 0.5 rQ:+LVfXjA
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 N+#lS7
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 'ZXd|WI
        NPASS 100 Ltrw)H}
        DELAY 9999 ^rX5C2}G\D
        NGRID 6 qQ/<\6Sl
        ANNEAL 200 20 Q 6$y$ VeW
        COLORS 3 "Ei' FM
        SNAPSHOT 10 sq;nUA=
        QUICK 40 100 d,:3;:CR
        END r/e} DYL&
        SPECIAL PANT {*NM~yQ
"~nUwW|=1
        END "P9SW?',
        SPECIAL AANT G,,7.%eib=
        ACA 60 .1 1 Y *?hA'
        ADT 6 .1 1 r1R\cor
        M 0 .01 A P HH 1 vkK8D#K
        LLL 22 1 1 A BACK -SeHz.`N
        LUL 250 1 1 A TOTL Mf_urbp]
    END 4^uwZ:
    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。）

0\DlzIO
    ADA 5 QUIET 8HxtmFqG
^a#
    PANT BqG7Et
    VY 0 YP1 ^3 6oqe{
    VLIST RD ALL FrL ;1zt
    VLIST TH ALL +h?Rb3=S
    VY   1 GLM AY)R2> fW%
    VY   3 GLM N&YQZ^o
    VY   5 GLM dxk~
    VY   7 GLM j#D( </T
    VY   9 GLM =t!$72g\
    END c[zaYcbl
    AANT P AEC qV&ai{G:
    ACC b[;Zl<
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 ~H\1dCW
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 <HMmsw
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 vWq/A.
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 d.:.f_|
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 3+tr_psH
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 M?G4k]
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 c8}jO=/5+
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 *R8qnvE\()
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 :(Uz`k7
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 F2WMts
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 1WJ%n;
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 :!WKD@]
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 Rf0F`D k
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 }$D{YHF
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 _ H$^m#h
      ACA 60 .1 1 NoD\t(@h
      M 0 .01 A P HH 1 g6l&;S40
      LLL 22 1 1 A BACK Q~>="Yiu
      LUL 250 1 1 A TOTL ?CHFy2%Y
    END wW1>#F
    SNAP/DAMP 1 6Cvg-X@
    SYNOPSYS   40

该程序发现表面1使用DOE效果最好。

]~J.YX9ST
command ASY shows the data of this DOE. ^eHf'^Cvvu
i48Tb7Rx~n
SPECIAL SURFACE DATA 3oE3bBj
______________________________________________________________________________ 6S6E 1~
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) >^(Q4eU7!
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 O}cg1Q8p
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 ^iz2=}Q8
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 rn"}@5
DIFFRACTION ORDER:        -1 ~vv\A5O[|
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) MsLQ'9%Au
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，

?KF.v1w7
    VY 1 G 16 v.pj PBU1
    VY 1 G 26 (25v7Y]
    VY 1 G 27 97~*Z|#<+
    VY 1 G 28 (U#9
    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！）

q)E J?-
    !ADA 5 QUIET 8jxs%N,aI
;zZGV4Qc~
    PANT p@x1B &Z
    VY 0 YP1 f7Fr%*cO
    VLIST RD ALL (y;8izp9!
    VLIST TH ALL H;nq4;^yK
    VY   1 GLM .-W_m7&}
    VY   3 GLM l: X]$2;
    VY   5 GLM #w<:H1,4
    VY   7 GLM Vg^@6zU
    VY   9 GLM \JX.)&> -
c7$U0JO
    VY 1 G 16 zZ\2fKrpg
    VY 1 G 26 &:ib>EB03=
    VY 1 G 27 |Y42ZOK0
    VY 1 G 28 d,0Yi u.p
    VY 1 G 29 Nq3q##Ut:
    VY 1 G 30 j)[ wX
    VY 1 G 31 =5yI>A0
    VY 1 G 32 V9o_Q
bWAVBF
    VY 9 G 16 )^o7%KX
    VY 9 G 26 ]/y&5X
    VY 9 G 27 RO1xcCp
    VY 9 G 28 Y)=89s&t
    VY 9 G 29 WV'FW)%
    VY 9 G 30 ou[_ y
    VY 9 G 31 m+J3t@$
    VY 9 G 32 k 8Swra?j
    END X)K3X:~L+
    …

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。

Yy"05V.
    RLE 3Hli^9&OX_
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 ?`oCc[hY
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 =O)dHY}
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 B0^0d*8t|@
     APS               1  UNITS MM fi2@`37PM
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR [Yzh(a8
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 4ZK8Y[]Lv
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 )&j4F)
     CWAV        0.587600 lF\oEMd*
     HIN        1.517000       55.000000 cIO7RD$8
       RNORM    61.6138 ]tVU$9D
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 dfDz/sD*
       1 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00    1 XDD  3   1.6576954E+01 -1.5772577E+02  5.5355850E+02 -1.2824350E+03  2.0288263E+03 @Ee'nP
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 L.[ H
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR f@R j;R~Jp
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 Qn77ZpL:LJ
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 eoS8e$}
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR IQS:tL/
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 wPn#>\/L
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 ov=[g l
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR 24)3^1P\V
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 ?dukK3u
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 @}K'Ic
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR -|MeC
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 K.Tfu"6
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 8xQ5[Ov
       9 USS  16 9ZL3p!
     CWAV        0.587600 3%]%c6
     HIN        1.517000       55.000000 5'/Ney9N
       RNORM    17.8887 SSKn7`
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 Uj)~>V'
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 x.CNDG
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 G SXe=?
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 )v-sde\
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR }@Ij}Ab>
      10 CV      -0.00643491 ysV0Ed
      10 UMC     -0.14285714 x1\,WOrmK
      10 TH     127.09309610 r=<Oy1m/
    10    YMT      0.00000000 Bf$YwoZov
    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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