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    [原创]SYNOPSYS 光学设计软件课程五:改进另一个程序设计的透镜 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2018-08-20
    — 本帖被 cyqdesign 从 光学理论,设计与产业化 移动到本区(2018-12-29) —

    在本课中,我们将应用一些最新的工具,来判定透镜的性能是否可以进一步提高。

    这是初始结构,包含三个视场点的MTF曲线。 (输入MMF,选择多色选项,然后单击执行。)(下图中开关85打开后,显示红色的红外波长。)

    RLE

        ID EXAMPLE LENS    53

        WAVL .7150000 .7100000 .7050000

        CORDER    1    3    2

        APS                -11

        TEMPERATURE        30.00000

        WAP                3

        GTZ

        UNITS MM

        OBB     0.000000  15.20000  6.24500  -13.54114  0.00000  0.00000

        6.24500

            0    AIR

            1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000

            1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657

            1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01

            1    CTE    0.500000E-06

            1    GTB U    'FUSILICA    '

            2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR

            3    RAD    31.3000000000000    TH    9.80000000

            3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814

            3    CTE    0.806000E-05

            3    GTB S    'N-LAF2    '

            4    RAD    111.9000000000000    TH    1.50000000 AIR

            5    RAD    28.2100000000000    TH    4.00000000

            5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285

            5 CTE    0.710000E-05

            5 GTB S    'N-BK7    '

            6    RAD    14.2600000000000    TH    8.50000000    AIR

            7    RAD    -46.1600000000000    TH    3.40000000

            7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285

            7 CTE    0.710000E-05

            7 GTB S    'N-BK7    '

            8 RAD    19.3000000000000    TH    3.00000000 AIR

            9 RAD    28.1400000000000    TH    4.80000000

            9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285

            9 CTE    0.710000E-05

            9 GTB S    'N-BK7    '

            10 RAD    -47.0000000000000    TH    1.00000000 AIR

            11 CAO    4.90993000    0.00000000    0.00000000

            11 CV    0.0000000000000    TH    13.20000000 AIR

            12 RAD    -24.2000000000000    TH    3.20000000

            12 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590

            12 CTE    0.846000E-05

            12 GTB S    'N-SF57    '

            13    RAD    150.0000000000000    TH    1.20000000    AIR

            14    RAD    269.0000000000000    TH    10.00000000

            14    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285

            14    CTE    0.710000E-05

            14    GTB S    'N-BK7    '

            15    RAD    -22.6200000000000    TH    1.00000000    AIR

            16    RAD    -1000.0000000000000    TH    6.70000000

            16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814

            16    CTE    0.806000E-05

            16    GTB S    'N-LAF2    '

            17    RAD    -48.1100000000000    TH    1.00000000    AIR

            18    RAD    70.1900000000000    TH    6.20000000

            18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814

            18    CTE    0.806000E-05

            18    GTB S    'N-LAF2    '

            19    RAD    -725.0000000000000    TH    2.00000000    AIR

            20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000

            20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285

            20    CTE    0.710000E-05

            20    GTB S    'N-BK7    '

            21    CV    0.0000000000000    TH    36.90500000 AIR

            22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR

        END

    该透镜在近红外光工作,工作数 F / 3.5,且是远心的,具有低畸变,受衍射限制。 初步评价,这种设计并不差,只有不到1/4波长的像差。

    视场上的最大畸变刚刚超过½微米,远心距离的最大偏差约为0.01弧度。 性能还不错- 但如果我们能够进一步提高它的性能,这将为我们提供更多的公差余地。

    这是我们的优化MACro:

        CHG

        WAP 1                            ! keep entering beam diameter constant over field

        19 UMC -0.14286                    ! maintain F/number

        CFREE                            ! remove the clear aperture at the stop END

        PANT

        VY 0 YP1                        ! let the program find the best stop location

        VLIST RAD ALL                    ! all radii will change except 19 and the flat windows

        VLIST TH ALL EXCEPT 1 LB2        ! and all thicknesses except 1 and 20

        END

        AANT

        AEC                                ! monitor feathered edges

        ACC                                ! and keep thicknesses less than 25.4 mm

        M 89.6 1 A TOTL                    ! keep total lens length constant

        M 0 50 A GIHT                    ! control distortion at full field S P YA 1

        M 0 50 A GIHT                    ! and at half field DIV CONST 2

        S P YA .5

        M 0 20 A P HH .7                ! control telecentricity at 0.7 field

        GSO 0 0.1 5 M 0                    ! correct OPDs of ray grids at three fields GNO 0 0.05 4 M .7

        GNO 0 0.05 4 M 1 END

        SNAP                            ! get snapshot every iteration

        SYNO 30                            ! optimize for 30 cycles.

    (创建这组光线网格像差的最简单方法是使用MACro编辑器中的Ready Made Raysets按钮。在这种情况下,我们选择了第8组,它创建了横向目标和OPD目标,然后选择删除横向目标 并且在全视场增加OPD目标的权重.Bare-bones Rayset对话框也可以这样做,然后有更多选项。)

    我们进行优化,然后运行模拟退火几个周期。 透镜有所改善。

    现在让我们使用一些强大的工具。 首先,我们运行自动元件删除功能。 这会找到可以移除的元件,而对评价函数的性能降低最小。 为此,我们只需添加该行命令

       AED 3 Q 3 19    ! find which element to delete between surfaces 3 and 19.

    将该命令加到PANT命令之前,然后重新优化。 该程序显示可以移除表面14处的镜片。 我们允许它删除该元件,然后对其进行优化和模拟退火(在注释掉AED行之后,我们不会删除另一个元件或删除顶部的CHG文件)。

    正如预期的那样,透镜性能有所下降,但仍然不错。 现在我们将使用元件自动插入功能,以查看透镜是否会恢复到以前的镜片数,结果是否比起始透镜更好?

    为此,我们将AED线更改为

        AEI 3 3 17 0    ! insert one element between surfaces 3 and 17.

    并再次运行MACro。 (如果您有多核电脑,则在MACro的顶部还应添加以下命令,其中nb是核心数。 这将以更快的速度运行AEI。)

        CORE nb

    在MACro的顶部,其中nb是核心数。 这将以更快的速度运行AEI。)

    程序在表面12之前插入了一个元件。我们添加一个新变量

        VY 12 GLM

    到PANT文件,所以新元件上的玻璃模型可以变化,注释掉AEI命令行,重新优化并模拟退火。

    该程序已将透镜内的孔径位置移动到9.如果透镜有固定孔径,我们可以在该元件上切一个凹槽,并获得极好的性能 - 但如果没有,我们会为表面11分配一个真正的孔径,移除 YP1的变量,并再次重新优化。我们得到如下透镜:

        RLE

        ID EXAMPLE LENS                                141

        WAVL .7150000 .7100000 .7050000

        CORDER    1    3    2

        APS                -11

        TEMPERATURE        30.00000

        WAP                 1

        GTZ

        UNITS MM

        OBB    0.000000      15.20000    6.24500       -11.63722       0.00000     0.00000

        6.24500

            0    AIR

            1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000

            1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657

            1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01

            1    CTE    0.500000E-06

            1    GTB U    'FUSILICA    '

            2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR

            3    RAD    31.7420365099046    TH    4.89311077

            3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814

            3    CTE    0.806000E-05

            3    GTB S    'N-LAF2    '

            4    RAD    205.8474850968830    TH    6.35592001 AIR

            5    RAD    31.8551157618315    TH    1.39568729

            5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285

            5    CTE    0.710000E-05

            5    GTB S    'N-BK7    '

            6    RAD    12.9057883346246    TH    7.19477052 AIR

            7    RAD    -23.8475364230033    TH    1.00000000

            7    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285

            7    CTE    0.710000E-05

            7    GTB S    'N-BK7    '

            8    RAD    18.0286949741191    TH    1.24241640 AIR

            9    RAD    21.7606620988429    TH    11.21030691

            9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285

            9 CTE    0.710000E-05

            9 GTB S    'N-BK7    '

            10    RAD    -27.0144706600627    TH    1.00000000 AIR

            11    CV    0.0000000000000    TH    15.36917292 AIR

            12    RAD    -221.0555600124851    TH    3.83402160

            12    GLM    1.73264979        52.69907560

            13    RAD    -18.9307423606996    TH    1.00000000 AIR

            14    RAD    -18.3189387535143    TH    1.00000790

            14    N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3    1.83114590

            14    CTE    0.846000E-05

            14    GTB S    'N-SF57    '

            15    RAD    77.6676600402005    TH    8.59463594    AIR

            16    RAD    -98.5742040515266    TH    3.91807638

            16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814

            16    CTE    0.806000E-05

            16    GTB S    'N-LAF2    '

            17    RAD    -31.6148606190401    TH    5.55657931    AIR

            18    RAD    90.9510179315515    TH    5.93527419

            18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814

            18    CTE    0.806000E-05

            18    GTB S    'N-LAF2    '

            19    RAD    -60.9109375555036    TH    1.00003786    AIR

            19    CV    -0.01641741

            19    UMC    -0.14286000

            20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000

            20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285

            20    CTE    0.710000E-05

            20    GTB S    'N-BK7    '

            21    RAD -1.1487695061324E+17    TH    43.52197472    AIR

            21    CV    -8.70496644E-18

            21    UMC    -0.14286000

            22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR

        END

    该程序在表面14处移除了原始透镜元件,并在12处更换了新镜片。最大畸变现在约为1/4微米(是原来的一半)。 然后,我们在表面12处用玻璃模型替换了表面3上使用的玻璃,并重新优化,几乎没有性能损失。 (当您自己学习这些课程时,由于退火阶段的随机性,您可能会得到略微不同的结果。)

    [ 此帖被optics1210在2019-01-24 10:17重新编辑 ]
     
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