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optics1210 2019-01-24 14:27

SYNOPSYS 光学设计软件课程十九:DOE在现代镜头设计中的应用

^]K_k7`I  
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。 Mp}U>+8  
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。

_G@)Bj^*  
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。 {>9vm!<[*\  
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)。
o^mW`g8[  
    CORE 16  Hi#hf"V  
        DSEARCH 1  QUIET !IcP O  
        SYSTEM d-y8c  
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY ta %yQd7  
        OBB 0 25 12 #V@[<S2  
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 ;tlvf?0!  
05Ak[OOU>  
        UNITS MM |Y4c+6@_  
        END voiWf?X  
        GOALS `@RTfBB g  
        ELEMENTS 5 + JsMYv  
        FNUM 3.5 ;O+= 6>W  
        BACK 0 0 N:_.z~>%  
        TOTL 0 0 !#3v<_]#d  
        STOP MIDDLE |cs]98FEf  
        STOP FREE EN^5 Hppb  
        RSTART 50 100 200 400 A{MMY{K3  
        RT 0.5 ZwM(H[iqL  
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 c~SR@ZU  
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 MR}=tO  
        NPASS 100 x.8fxogz  
        DELAY 9999 5<YV`T{5Kl  
        NGRID 6 T,r?% G{XE  
        ANNEAL 200 20 Q 7_HFQT1.N  
        COLORS 3 }20~5!  
        SNAPSHOT 10 1 8%+ Hy=  
        QUICK 40 100 l|v`B6(  
        END WUrE1%u  
        SPECIAL PANT a5cary Z"z  
#x*\dL  
        END $t0o*i{  
        SPECIAL AANT X lLG/N  
        ACA 60 .1 1 DaP,3>M  
        ADT 6 .1 1 ,+~8R"  
        M 0 .01 A P HH 1 {>g{+Eq  
        LLL 22 1 1 A BACK 5:|9pe)  
        LUL 250 1 1 A TOTL 2DU Y4Ti  
    END [n4nnmM  
    GO
B`|f"+.  
jIEntk  
我们要设计DOE曲面,需要选择五个视场进行校正。 9A~w2z\G  
我们还为每种情况的曲率半径指定了四个不同的起始值,依次进行研究。 请记住,即使对初始条件进行少量更改也可能将DSEARCH发送到镜头设计树的不同分支,这将使搜索的案例数量增加四倍。 ox*1F+Xri  
我们运行这个MACro并且看到从DSEARCH返回的最好镜头,并不能满足我们的要求 。
dIW@L  
我们可以通过增加更多的镜片数来获得更好的结果 - 但是我们希望,通过将其中一个镜头,更改为DOE来改进我们的镜头。 该程序为我们创建了一个优化MACro,使得继续优化和模拟退火非常容易。 让我们来试试DOE。在顶部添加另一条MACro。 (“ADA”表示自动DOE分配。)
9fm9xTL  
    ADA 5 QUIET xpX<iT>5u  
SSxp!E'  
    PANT #/_{(P  
    VY 0 YP1 > a;iX.K  
    VLIST RD ALL X!_&%^L'  
    VLIST TH ALL #N"m[$;QR  
    VY   1 GLM JR8|!Of@B  
    VY   3 GLM X$e*s\4  
    VY   5 GLM 4_kY^"*#"  
    VY   7 GLM ]~2iducB,  
    VY   9 GLM EQN)y27poW  
    END Qk? WX (`B  
    AANT P AEC O uNPDq%  
    ACC _3(rwD  
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 fV@ [S  
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 s_  t/  
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 BmKf%:l}  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 ~m_{&,CA.  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 f0vO(@I  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 :s6aFiz  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 Y?TS,   
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 ]DKRug5  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 Mgr?D  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 6R,Y.srR  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 K[kK8i+(  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 P0yDL:X[  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 6@TU9AZS `  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 fX]`vjM{  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 $33E-^  
      ACA 60 .1 1 n&Ckfo_D  
      M 0 .01 A P HH 1 MA,*$BgZ  
      LLL 22 1 1 A BACK & XmaGtt  
      LUL 250 1 1 A TOTL hw,nA2w\  
    END D%~tU70a  
    SNAP/DAMP 1 w i[9RD@  
    SYNOPSYS   40
-nXP<v=V  
=WjHf8v;  
该程序发现表面1使用DOE效果最好。
eT+i &  
command ASY shows the data of this DOE. y{/7z}d  
Kf1J;*i|\  
SPECIAL SURFACE DATA ("\{=XA Q  
______________________________________________________________________________ Ym 1vq=  
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) <Xl#}6II  
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600  tPQ|znB|  
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 w%.hALN5-C  
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 +!0K]$VZs  
DIFFRACTION ORDER:        -1 jB(+9?;1${  
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) =B9-}]DDO  
XD 13  5.395981E-06 (R**6)  XD 14  6.889557E-06 (R**8)
0CX,"d_T,  
N]w_9p~=1  
我们尝试增加第二个DOE。将变量添加到DOE项的PANT文件中,
0W(mx-[H/  
    VY 1 G 16 3l%Qd<  
    VY 1 G 26 y QClq{A  
    VY 1 G 27 Iz1x|EQ  
    VY 1 G 28 i+h*<){X  
    VY 1 G 29
d!E_EoOi  
l3sF/zkH  
然后再次运行MACro。这次它需要表面9面型变成DOE。
7Y9#y{v1  
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!)
wkM1tKhy/  
    !ADA 5 QUIET >=[uLY[aK  
pASX-rb  
    PANT W}f)VC;D  
    VY 0 YP1 r|EN5  
    VLIST RD ALL qtExd~E  
    VLIST TH ALL F%h3?"s  
    VY   1 GLM ZU73UL  
    VY   3 GLM Z#Mm4(KNh  
    VY   5 GLM A#. %7S  
    VY   7 GLM 1Z) Et,  
    VY   9 GLM ?qNU*d  
1Ng+mT  
    VY 1 G 16 c,4~zN8Ou  
    VY 1 G 26 Q,[G?vbj  
    VY 1 G 27 ^O18\a  
    VY 1 G 28 iM@$uD$_Q2  
    VY 1 G 29 umIGI  
    VY 1 G 30 i)?7+<X  
    VY 1 G 31 C`hdj/!A  
    VY 1 G 32 23wztEp{a  
J?9jD:x  
    VY 9 G 16 ~Q&J\'GQH  
    VY 9 G 26 _#u\ar)  
    VY 9 G 27 5MVa;m  
    VY 9 G 28 inWLIXC,  
    VY 9 G 29 p?i.<Z  
    VY 9 G 30 _~z oMdT!  
    VY 9 G 31 ( zWBrCX  
    VY 9 G 32 uzBQK  
    END C^L+R7  
    …
krUtOVI  
<y@v v  
现在我们再次运行它,然后模拟退火。
<E2 IU~e  
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。
*%Rmdyn  
    RLE !;eE7xn&  
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 $ln8Cpbca  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 i "h\*B=  
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 1,-C*T}nR  
     APS               1  UNITS MM )2&3D"V  
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR :C:6bDQ  
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 dHy9 wU  
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 l =E86"m  
     CWAV        0.587600 ev4[4T-( @  
     HIN        1.517000       55.000000 k =5k)}i  
       RNORM    61.6138 fpR|+`k  
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 =Hg!@5]H  
       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 P8eCaZg?(3  
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 .nPOjwEx&Y  
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR XQo\27Fo  
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 \ %Mcvb.?  
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 o{PG& }K  
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR Anz{u$0M[  
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 [d`E9&Hv3  
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 I L*B@E8  
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR #`VAw ) eV  
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 ]SQ+r*a  
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 ?()*"+N(ck  
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR B[N]=V  
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 y98FEG#S}  
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 L/i'6(="  
       9 USS  16 cYA:k  
     CWAV        0.587600 Db|f"3rq?  
     HIN        1.517000       55.000000 LCivZ0?|X  
       RNORM    17.8887 0t7N yKU  
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 c,a8#Og  
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 ;/Hr ZhOE  
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 o%_-u +  
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 LKM018H>  
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR "V[j&B)P  
      10 CV      -0.00643491 dla_uXtM6  
      10 UMC     -0.14285714 C~&E7w  
      10 TH     127.09309610 ~O}r<PQ  
    10    YMT      0.00000000 xrf|c  
    11    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  END
%3`*)cp@  
pr<u 5  
本课程展示了如何将镜头表面转换为DOE可以显著提高图像质量 - 或者让您以更少的元件获得所需的质量。 当然,这完全取决于镜头供应商是否可以制造DOE。 这些可能不太容易。 这是表面2处的DMASK配置文件:
f)Qln[/  
这是表面9的轮廓
p/{%%30ke  
第二个可能对加工厂是一项挑战。 我们来看一下空间频率。 使用MMA打开MAP对话框,选择HSFREQ over PUPIL,对象点0,Ray Pattern CREC 9,DIGITAL和Execute。 最高频率在边缘处超过7 c / mm。 这看起来很不错,但这当然取决于制作它们加工厂的能力和技术。
tK3$,9+  
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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