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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

OD`?BM  
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。 L-QzC<[F/  
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。

xv:VW<  
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。 ^oT!%"\  
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）。
P_8z'pYd>  
    CORE 16 568qdD`PS  
        DSEARCH 1  QUIET 'mR9Uqq\  
        SYSTEM l-G] jXu  
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY dyN Kok#  
        OBB 0 25 12 *eb2()B%  
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 ubZcpqm?Q  
AHl1{* [  
        UNITS MM }Rx`uRx\  
        END NsY D~n  
        GOALS ]F81N(@:F  
        ELEMENTS 5 8,m3]Lg  
        FNUM 3.5 `R+I(Cb  
        BACK 0 0 (@"5:M  
        TOTL 0 0 =%+O.  
        STOP MIDDLE 9/_F  
        STOP FREE e ) ?~  
        RSTART 50 100 200 400 @x @*=  
        RT 0.5 3HI- G.]hC  
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 ;R x Rap  
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 / Hg/)  
        NPASS 100 x{.+i'  
        DELAY 9999 |A0)-sVZ  
        NGRID 6 rjLPX  
        ANNEAL 200 20 Q QqU>V0y"w(  
        COLORS 3 CW9vC  
        SNAPSHOT 10 >*FHJCe  
        QUICK 40 100 DLP G  
        END DtrR< &m  
        SPECIAL PANT q+}KAk|]V  
$VRVM Y [q  
        END +dgHl_,i  
        SPECIAL AANT 4' MmT'  
        ACA 60 .1 1 0`D` Je<t  
        ADT 6 .1 1 pi|P&?yw  
        M 0 .01 A P HH 1 g{d(4=FM  
        LLL 22 1 1 A BACK xq<3*Bcw  
        LUL 250 1 1 A TOTL M1 5_  
    END ^}PG*h|  
    GO
t6JM%  
dr~6}S#  
我们要设计DOE曲面，需要选择五个视场进行校正。 A)j',jE&1  
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。 2/ES.>K!.  
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 。
t5"g9`AL  
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。）
O7of9F~"  
    ADA 5 QUIET k(bDj[0q^  
=]swhF+l-  
    PANT Uzzt+Iwm  
    VY 0 YP1 $2gX!)  
    VLIST RD ALL 'Jl |-RUd  
    VLIST TH ALL g,61'5\  
    VY   1 GLM |DBj<|SX  
    VY   3 GLM Pn|;VCh  
    VY   5 GLM (<ZpT%2  
    VY   7 GLM V }?MP-.c  
    VY   9 GLM ??u*qO:p  
    END Xvr7qowL  
    AANT P AEC }8e_  
    ACC E'ay @YAp  
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 )d$FFTH  
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 %p t^?  
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 fb*h.6^y9  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 5HqvSfq>?  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 0` y*7.Ip  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 MX )mm^A  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 3Ud{W$Ym  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 `$oy4lDKQ  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 q4y sTm  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000  n)t'?7  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 .X](B~\!  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 bCL/"OB  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 Svl; Ul  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 Zb4+zps^-  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 ]p-x ds#d  
      ACA 60 .1 1 >.o<}!FW  
      M 0 .01 A P HH 1 epm ~  
      LLL 22 1 1 A BACK 8W"Xdv{  
      LUL 250 1 1 A TOTL 5 !Ho[  
    END pt_]&3\e  
    SNAP/DAMP 1 ya'Ma<4  
    SYNOPSYS   40
8quH#IhB  
N eC]MW  
该程序发现表面1使用DOE效果最好。
>*]dB|2  
command ASY shows the data of this DOE. Tf{lH9ca$  
s/\<;g:u^  
SPECIAL SURFACE DATA k((kx:  
______________________________________________________________________________ eZdFfmYW^R  
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) "~:P-]`G  
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 I1 +A$<Fa  
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 U)6Ew4uRxV  
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 *bl|[(pP  
DIFFRACTION ORDER:        -1 ,~G:>q$ad  
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) H g04pZupN  
XD 13  5.395981E-06 (R**6)  XD 14  6.889557E-06 (R**8)
+|6E~#zklY  
%% +@s   
我们尝试增加第二个DOE。将变量添加到DOE项的PANT文件中，
q${+I(b,  
    VY 1 G 16 <El!,UBq<  
    VY 1 G 26 u-u:7VtH0=  
    VY 1 G 27 ufB9\yl{~  
    VY 1 G 28 %zYTTPLZ  
    VY 1 G 29
t3<HE_B|  
j*_>/gi  
然后再次运行MACro。这次它需要表面9面型变成DOE。
f#&@Vl(i&  
评价函数会有很大改进。 我们修改了PANT文件，因此它会改变两个DOE上的系数，并包括一些高阶项。 系数G32是12次幂系数，而ADA的默认值仅为8次幂。 （我们注销ADA命令，所以没有得到第三个DOE！）
hH]oJ}H \  
    !ADA 5 QUIET sp7#e%R\  
Q6$^lRNOpk  
    PANT nU23D@l  
    VY 0 YP1 vs2xx`Y<Lq  
    VLIST RD ALL ? ]H'egG6  
    VLIST TH ALL @g] >D  
    VY   1 GLM 9/PX~j9O?  
    VY   3 GLM ^%t{:\  
    VY   5 GLM Exz(t'  
    VY   7 GLM H8A=]Gq  
    VY   9 GLM us )NgG  
FPkig`(3  
    VY 1 G 16 +a|u,'u  
    VY 1 G 26 p]Q(Z  
    VY 1 G 27 JpZ3T~Wrf  
    VY 1 G 28 g+QNIM>  
    VY 1 G 29 :MILOwF  
    VY 1 G 30 K_}81|=  
    VY 1 G 31 ge[&og/$  
    VY 1 G 32 B&sa|'0U  
D6:"k 2  
    VY 9 G 16 qz }PTx  
    VY 9 G 26 q) !G5j3  
    VY 9 G 27 s@K #M  
    VY 9 G 28 =`t%p1   
    VY 9 G 29 A&`7 l5~X  
    VY 9 G 30 Z9UNp[  0  
    VY 9 G 31 n:[LsbTk  
    VY 9 G 32 @O| l A  
    END *]e 9/f  
    …
t Z]b0T(e  
_))--+cL  
现在我们再次运行它，然后模拟退火。
H1e^/JD)  
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。
`_E@cZ4  
    RLE $`txU5#vs  
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 x<>In"QV  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 E|ZLz~  
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 rlSflcK\\(  
     APS               1  UNITS MM }O8#4-E_Ji  
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR qViolmDz  
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 N  Bpf  
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 =aRE  
     CWAV        0.587600 /;9]LC.g  
     HIN        1.517000       55.000000 J-Wphc!m  
       RNORM    61.6138 }tPI#[cfK  
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 W_ubgCB  
       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 $qk(yzY  
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 qj<_*  
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR ^vr`t9EE  
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 r8vF I6J  
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 H:`[$ ^  
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR 8\rHSsP  
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 [(/IV+  
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 5# $5ct  
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR 84YZT+TEN  
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 X] v.Yk=wu  
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 ZH=oQV)6  
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR <rFKJ^B  
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 3&7$N#v  
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 ,XmyC7y<  
       9 USS  16 "~aCW~  
     CWAV        0.587600 N TL`9b  
     HIN        1.517000       55.000000 c!=^C/5Ee  
       RNORM    17.8887 2B&|0&WI  
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 ~U_,z)<`)c  
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 zIgD R  
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 ypsT: uLT  
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 /WE1afe_R  
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR O;~d ao  
      10 CV      -0.00643491 <e7  
      10 UMC     -0.14285714 ]BBL=$*  
      10 TH     127.09309610 pm}!?TL  
    10    YMT      0.00000000 K(B|o6[  
    11    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  END
BjIKs~CT  
xk$U+8K  
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：
J,j!  
这是表面9的轮廓
8^%Nl `_2B  
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。
mo- Y %  
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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