SYNOPSYS 光学设计软件课程十九：DOE在现代镜头设计中的应用

wvum7K{tI
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。 _ a|zvH
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）。

WUSkN;idVG
    CORE 16 ~r6qnC2
        DSEARCH 1  QUIET v_PhJKE
        SYSTEM jemg#GB8
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY Q"KD O-t
        OBB 0 25 12 PK@hf[YHe
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 cTpAU9|(
"MD
        UNITS MM G/Nb@pAy[
        END -ckk2D?
        GOALS 9pD=E>4?#
        ELEMENTS 5 445}Yw5;9
        FNUM 3.5 _6v|k}tW'Y
        BACK 0 0 ,lLkAd?q
        TOTL 0 0 U)%gzXTZ%
        STOP MIDDLE #y }{ 'rF?
        STOP FREE |-l)$i@
        RSTART 50 100 200 400 ,rT62w*e
        RT 0.5 xwr<ib:
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 pZx'%-\-T
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 7{ zkqug
        NPASS 100 Ai&-W
        DELAY 9999 D/C)Rrq"a
        NGRID 6 fGDR<t3yiQ
        ANNEAL 200 20 Q ^| L@f
        COLORS 3 Q%61_l
        SNAPSHOT 10 8y5iT?.~vy
        QUICK 40 100 I^*&u,
        END O)78 iEXi|
        SPECIAL PANT vs-%J6}G
Z?yMy zT
        END _zq"<Q c
        SPECIAL AANT OTs vox|(
        ACA 60 .1 1 E?1"&D m
        ADT 6 .1 1 [;3` Aw
        M 0 .01 A P HH 1 zWYm*c"n\
        LLL 22 1 1 A BACK j3`#v3
        LUL 250 1 1 A TOTL Nf(Np1?;c
    END ],l w
    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。）

I^>m-M.
    ADA 5 QUIET gPs%v`y)*D
+cS%b}O`$
    PANT LWQ.!;HYp
    VY 0 YP1 \8v{9Yb
    VLIST RD ALL v0762w
    VLIST TH ALL es}j6A1
    VY   1 GLM V7}5Zw1
    VY   3 GLM ^V]DQ%v"I
    VY   5 GLM GRV#f06
    VY   7 GLM 5g9lO]WDI
    VY   9 GLM >*#clf;@p
    END 7?Vo([8
    AANT P AEC ]B'Ac%Rx
    ACC |_q:0qo
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 6[g~p< 8n}
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 /5 rWcX
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 "/ G^+u
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 ^fVLM>p<;
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 z8W@N8IqC
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 )NG{iD{_]
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 hs'J'~a
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 1T(:bM_t`7
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 n3w(zB
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 Z|&Y1k-h
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 29P vPR6
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 T8|aFoHCK
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 gY'w=(/`
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 oNV5su
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 c5~d^
      ACA 60 .1 1 (ATvH_Z
      M 0 .01 A P HH 1 99Jk<x k
      LLL 22 1 1 A BACK fJ"#c<n
      LUL 250 1 1 A TOTL lLD-QO}/
    END V. sIiE
    SNAP/DAMP 1 rG7S^,5o
    SYNOPSYS   40

该程序发现表面1使用DOE效果最好。

pyPS5vWG
command ASY shows the data of this DOE. qkX}pQkG)h
iO^z7Y7
SPECIAL SURFACE DATA nv WTx4oy
______________________________________________________________________________ CRsgR)
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) &mebpEHUG7
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 z:PH _N~
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 Al?LO;$Pa?
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 eM)E3~K:2
DIFFRACTION ORDER:        -1 HA}pr6Z
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) q7id?F}3&
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，

cp|&&q
    VY 1 G 16 JDO5eEwj
    VY 1 G 26 W?W vT` T{
    VY 1 G 27 F^iv1b
    VY 1 G 28 =}@m$g
    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！）

dt NHj/\
    !ADA 5 QUIET s(yVE
[.e Y xZ{=
    PANT |JVeW[C
    VY 0 YP1 p^_E7k<ag
    VLIST RD ALL mPHn &4
    VLIST TH ALL t >89( k
    VY   1 GLM Up|\&2_
    VY   3 GLM *,9.Bx*
    VY   5 GLM ,z}wR::%
    VY   7 GLM -e_+x'uF
    VY   9 GLM $mA+4ISK
FrSeR9b
    VY 1 G 16 4uip!@$K
    VY 1 G 26 }`/wj
    VY 1 G 27 .ON+ ( #n
    VY 1 G 28 {b@rQCre7
    VY 1 G 29 c`UJI$Q/
    VY 1 G 30 +~ro*{3
    VY 1 G 31 f[)_=T+
    VY 1 G 32 ^ K8JE,
[kqxC
    VY 9 G 16 Ty]/F+{
    VY 9 G 26 SU, t,i
    VY 9 G 27 I>b-w;cC
    VY 9 G 28 w;$@</
    VY 9 G 29 0D1yG(ck
    VY 9 G 30 0y4z`rzTn
    VY 9 G 31 kmM4KP#&|
    VY 9 G 32 g j`"|
    END D5X;hd
    …

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。

Hk-)fl#dr
    RLE RM53B
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 9/w'4bd
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 5Ah-aDBj
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 Yt*M|0bL
     APS               1  UNITS MM *?oQ6g(Nz
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR *qg9~/
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 RVfRGc^lK
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 okX\z[X
     CWAV        0.587600 yy?|q0
     HIN        1.517000       55.000000 yz-IZt(
       RNORM    61.6138 %5RYa<oP
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 @1P1n8mH]
       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 vII&v+C
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 sTqy-^e7
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR uqZLlP#&#
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 <W,k$|w
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 Xj$J}A@
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR :^kP?
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 $XFG1?L!
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 u*Oz1~
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR L&ws[8-
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 \{da|n-
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 ORa!84L
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR ;-=y}DK
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 :LVM'c62c>
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 d8M"vd
       9 USS  16 :=~%&
     CWAV        0.587600 *NV`6?o@6
     HIN        1.517000       55.000000 [RD ^@~x
       RNORM    17.8887 ?9vBn
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 |dD!@K
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 L5yxaF{]
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 UF<|1;'
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 .mDqZOpf=4
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR [CPZj*|b
      10 CV      -0.00643491 sNvT0
      10 UMC     -0.14285714 B\|>i~u(
      10 TH     127.09309610 /_,~dt
    10    YMT      0.00000000 Z;S*fS-_
    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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