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    [原创]SYNOPSYS 光学设计软件课程十五:开发一组实际透镜 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 09-07

    在第14课中,我们设计了一个7个透镜镜头,从平面平行表面开始,并且程序符合设计,使用ARGLASS功能自动编目镜玻璃类型。但假设您有一个真正的应用程序并希望进一步开发它。本课程将介绍一些适合的其他程序。为了使它成为真正的“真实世界”课程,我们将展示设计师如何遵循各种线索以获得解决方案,以及为何不是所有线索都能带来成功,这一点也很重要:看看有时一个人徘徊在盲道中是有益的。当你自己作为镜片设计师的提升技能时,你会遇到很多麻烦,但不应该气馁,因为它发生在我们所有人身上。坚持不懈,通常可以找到成功的设计。

    我们将以两种方式完成本课程;首先在DSEARCH的帮助下使用其他许多工具。然后,在第17课中,我们展示了另一种实际上更快更容易的方法。您应该了解这两种方法中使用的所有工具。

    我们将首先使用DSEARCH找到一个好的起点。这是输入:

        CORE 16

        DSEARCH 6  QUIET

        SYSTEM

        ID DSEARCH SAMPLE

        OBB 0 20 12.7

        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861

        UNITS MM

        END

        GOALS

        ELEMENTS 7

        FNUM 3.575

        BACK 50 .01

        STOP MIDDLE

        STOP FREE

        RT 0.5

        FOV 0.0 0.75 1.0 0.0 0.0

        FWT 5.0 3.0 3

        DELAY 999

        RSTART 900

        THSTART 7

        ASTART 15

        NPASS 66

        ANNEAL 200 20 Q

        COLORS 3

        SNAPSHOT 10

        QUICK 44 66

        END

        SPECIAL PANT

        END

        SPECIAL AANT

        LUL 150 1 1 A TOTL

        END

        GO

    我们运行这个,并且返回的最佳镜头非常好。 我们使用文件DSEARCH_OPT进行优化和退火,该文件位于新的编辑器窗口中。

    假设我们希望镜头在从一米到无限远的物距范围内工作。 有两种方法可以实现这一要求:使用多重结构,这非常灵活但复杂,或者通过声明这是一个物体距离变焦的变焦镜头。 第二种方法在这里更好,因为它更简单,做我们想要的,我们可以非常容易地检查中间物体距离。 我们必须将此镜头设置为ZFILE变焦镜头。

        CHG

        APS 3                   ! declare surface 3 the stop声明表面3为光阑

        15 CAO 32                  ! fix the CAO on the image (so FFIELD works) 修复图像上的CAO(所以FFIELD工作)

        FFIELD                      ! adjust the object height so the image fills the CAO there调整对象高度,使图像填充CAO

        14 YMT                      ! assign a paraxial focus solve to surface 14为表面14指定近轴焦点求解

        ZFILE 1                  ! start of the ZFILE section   ZFILE部分的开头

        14 14                       ! there is one zooming group, the last thickness有一个缩放组,最后一个厚度

        ZOOM 2                     ! ZOOM 1 is default; ZOOM 2 gets OBA object on the next line ZOOM 1是默认值; ZOOM 2在下一行获取OBA对象

        OBA 1000 -366.554 12.7  ! the object description at this zoom此缩放时的对象描述

        END                       ! end of changes变化结束

    这里我们将表面3声明为光阑,因此所有变焦都使用相同的位置,在图像上设置硬孔径以使FFIELD指令具有目标,将厚度求解为14,以便所有变焦自动重新聚焦,并声明单个缩放组, 然后我们定义ZOOM 2在1000 mm距离处的物距,YPP0为负,因为ZOOM 1中的值也是负的,并且它们必须具有相同的符号。

    运行此MACro,镜头变为变焦镜头,在这种情况下只有一个空气间隔变焦。 现在,您在显示器右侧看到一个新工具栏。 ZOOM 2中的图像是什么样的? 如果单击按钮1和2,则会在该缩放设置下看到镜头。 这是缩放2:

    太可怕了! 我们必须在两个共轭处校正图像。 这是我们的MACro:

        AWT: 0.5

            PANT      ! Define variables. 定义变量

            CUL 1.9     ! Set upper limit of 1.9 on index variables. 在折射率变量上设置上限1.9

            FUL 1.9

            !VY 1 YP1 ! Don’t vary YP1; it is not compatible with the real pupil declaration

            VY 1 YP1! 不要改变YP1; 它是不是真正的光瞳声明兼容

            VLIST RAD ALL     ! Varies all radii that are not flat. 改变所有不平坦的半径

                VLIST TH ALL     ! varies all thicknesses and airspaces except for the

            ! back focus, thickness 14, which has a solve in effect改变所有厚度和空气间隔的所有半径,除了后焦距,厚度14,使其有效解决

            VLIST GLM ALL

            END

            AANT           ! Start of merit function definition. 开始评价函数定义

            AEC           ! Activate automatic edge-feathering monitor激活自动边缘羽化监视器

            ACC           ! and maximum center thickness monitor. 和最大中心厚度监视器

            ADT 6 .1 10      ! Keep diameter/thickness ratio 6 or more

            M 33 2 A GIHT     ! Comment this out, since the FFIELD will control scale保持直径/厚度比6或更多注释,因为FFIELD将控制比例

            LUL 150 1 1 A TOTL

                M 50 .1 A BACK     ! Since the back focus will vary, keep it reasonable

            由于后焦距会有所不同,因此请保持合理

            M 90.61 1 A FOCL ! Add this requirement so the focal length doesn’t change

            添加此要求,以便焦距不会改变

            GSR AWT 10 5 M 0  ! Note how weights are assigned to the several field points,  ! and the symbol AWT controls the aperture weighting.

            注意如何将权重分配给多个视场,符号AWT控制孔径加权。

            GNR AWT 5.5 4 M .5     ! This creates a ray grid at the ½ field point 这会在½视场点处创建光线网格

            GNR AWT 5.5 4 M .7     ! These for the 0.7 field point这些为0.7视场

            GNR AWT 3 4 M 1 ! Full field gets the lowest weight. 全场获得最低权重

            ZOOM 2          ! Targets for zoom 2 (with the object at one meter) 缩放2的目标(物体在一米处)

            GSR AWT 10 5 M 0  ! Note how weights are assigned to field points. 请注意如何将权重分配给字段点

            GNR AWT 5.5 4 M .5     ! This creates a ray grid at the ½ field point这会在½视场处创建光线网格

            GNR AWT 5.5 4 M .7     ! These for the 0.7 field point这些为0.7视场

            GNR AWT 3 4 M 1  END     ! Full field gets the lowest weight. 全场获得最低权重

            SNAP

            SYNO 50

    运行此并退火,镜头变得好了一些但仍然不是很好,在变焦范围的两端有大约相等和相反的误差。

    一些细微之处值得一提:GLM ALL变量将改变目前镜片中的所有玻璃模型,这意味着所有元件,因为DSEARCH使用玻璃模型,除非另有说明。 我们必须控制焦距,因为物体厚度将不断调整,因此图像CAO在全场填充。

    这比之前的变焦2要好,但仍然有分辨率的损失。 该怎么办? 我们需要更多变量。 我们应该添加什么?

    解决这样的案例的经典工具是STRAIN计算。 该想法是,具有最大应变的表面贡献了大部分低阶像差,并且在那里分裂元件可能会重新产生这种应变。

    实际上,元件3具有最大的应变。 现在我们可以做以下两件事之一:我们可以拆分该元件并重新优化,或者我们可以使用不同的工具来找出添加元件的最佳位置。 我们将尝试两种方式。 首先,让我们保存这个版本,所以如果事情没有成功我们可以回去。

    输入STORE 1。

    然后转到工作表(键入WS,或单击按钮,然后单击按钮,可以通过单击该元件内轴上的PAD显示来拆分元件。单击曲面5和6之间,拆分元件。 你的镜头现在看起来像这样:

    当程序拆分(或添加)一个元件时,它会分配一个折射率拾取,因为此时它没有其他折射率数据。 在WS中,通过键入将曲面7上的折射率拾取更改为玻璃模型

        7 GLM

    在编辑窗格中,单击“更新”。 这改变为具有与之前类似属性的模型玻璃。

    制作一个新的检查点,关闭WS,再次运行优化,我们发现镜头略有改善。 MF现在是2.53。 这是镜头设计长期以来使用经典工具的方式,这是一个缓慢而艰巨的过程。 但今天我们有更好的工具。 在拆分元件之前返回版本:

        GET 1

    然后在PANT文件之前添加一行:

        AEI 2 1 14 0 0 0 10 2

    这将运行自动元件插入工具(AEI)。 现在程序将搜索插入新元件的最佳位置。 运行这个,镜头变得越好。 注释掉AEI线并再次运行MACro,然后退火。 结果如下:

        RLE

        ID DSEARCH SAMPLE                          180

        ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001001111     79                             WAVL .6563000 .5876000 .4861000

         APS               5

         FFIELD

         UNITS MM

         OBB  0.000000     19.41264     12.70000    -11.00540      0.00000      0.00000     12.70000    0 AIR

           1 RAD     53.9413943790523   TH      4.77883929

        1    GLM      1.90000000             37.62897436

        2    RAD    256.2741391536815   TH     10.43791469 AIR

        3    RAD   -240.8321927995665   TH      2.68192838

        3    GLM      1.55017293             45.90619514

        4    RAD     33.0833886630087   TH      8.23819322 AIR

        5    RAD    348.1550734974948   TH     24.04523087

        5    GLM      1.90000000             37.62897436

        6    RAD    -53.2450361188082   TH      3.59481775 AIR

        7    RAD    -41.0817136624587   TH     25.48983049

        7    GLM      1.90000000             22.54554176

        8    RAD    186.3645272710029   TH      3.44409527 AIR

        9    RAD   -336.9999206364553   TH      6.07694173

        9    GLM      1.50000000             73.64948718

        10    RAD    -57.1787045766177   TH      1.00000000 AIR

        11    RAD     95.1542848378137   TH     16.98321961

        11    GLM      1.50000000             73.64948718

        12    RAD    -57.2632094152352   TH      1.00000000 AIR

        13    RAD    108.6802069087533   TH     12.49861869

        13    GLM      1.77103153             26.03009105

        14    RAD    -94.5597002836689   TH      3.05982907 AIR

        15    RAD    -66.0716087885051   TH      4.69827793

        15    GLM      1.57603254             40.99972364   16 RAD     53.2894699282010   TH     50.43814444 AIR

        16    CV       0.01876543

          16 UMC     -0.13986014

          16 TH      50.43814444

        16    YMT      0.00000000

        17    CAO     32.00000000       0.00000000       0.00000000   17 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR

         ZFILE   1

         CAM RANK   2

         CAM EXPONENT    1.00000

         16  16

         ZOOM    2

         OBA   1000.00000      -366.554000       12.7000   0.0000   0.00000000       0.0000  12.7000

         ZDATA   0.0000000E+00

         END

    程序在表面3插入了一个新元件!评价函数从2.55降至1.92。这里有一个教训:该程序可以找出如何更好地改善镜头(除非你非常有天赋)。因此,最好让AEI这样做,而不是尝试看起来有意义的事情。这些东西有时会起作用,但AEI更好。

    在这里你可以看到更大的改进,MTF也更好,你可以自己检查一下。 现在我们有一个镜头可以很好地校正无限共轭。 但是中间距离呢? 如果我们制造镜头却发现在中间距离,事情变得非常糟糕,这将是一个粗鲁的意外。 我们要检查一下。 这是我们选择在此作业中使用ZFILE缩放功能的原因之一。 我们可以轻松扫描变焦范围并发现可能需要注意的任何点。 单击缩放选择栏底部的按钮:这将打开一个有趣的缩放滑块。

    将滑块慢慢滑到右端,观察PAD显示(或单击SCAN按钮)。图像平面从无限远焦点缓慢向后移动到一米焦点位置。好消息是,图像质量在整个范围内几乎没有变化,实际上在中间附近变得更好。 (如果已更改,我们可以使用CAM命令创建一个中间焦点位置,总共三个缩放,然后在AANT文件中为ZOOM 3位置添加更多目标。)您可以创建和定位最多20个缩放,然后您将了解是否键入HELP CAM以阅读该功能 。

    因此,我们已经制作了一个在整个聚焦范围内都能很好地工作的镜头。当然我们还没有完成。现在我们需要再次分配真实玻璃,增加一些元件的厚度,删除那些厚度变量并重新优化是个好主意。但是等一下,上图中显示的第五个元件困扰着我们,它在做什么?再次使用STRAIN命令,您会发现该元件的光焦度或应变非常小,这表明我们可以完全删除它。我们得试试!删除AEI指令并将其替换为

        AED 5 QUIET 1 15

    并再次运行它 - 哇! 程序说第九个元件可以删除! 允许它执行此操作,然后注释掉AED指令并进行更多优化。 评价函数达到2.36 - 不像以前那么好,但也许足够好。 我们已经淘汰了一个元件。 了解AED如何做出比你更好的决定了吗?

        RLE

        ID DSEARCH SAMPLE                          180

        ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001001111     79                             WAVL .6563000 .5876000 .4861000

         APS               5

         FFIELD

         UNITS MM

         OBB  0.000000     19.41264     12.70000    -12.09057      0.00000      0.00000     12.70000    0 AIR

           1 RAD     62.8507824648534   TH      4.25802685

        1    GLM      1.90000000             37.62897436

        2    RAD    242.2383021934368   TH     17.94509182 AIR

        3    RAD   -155.4943420012135   TH      4.72649410

        3    GLM      1.58912358             39.02768391

        4    RAD     40.3386502191948   TH      1.70305774 AIR

        5    RAD    150.7944944757465   TH     25.55442186

        5    GLM      1.90000000             37.62897436

        6    RAD    -38.9019256687224   TH      1.52918359 AIR

        7    RAD    -31.8151154746487   TH     16.13215543

        7    GLM      1.90000000             22.54554176

        8    RAD    266.4763779948293   TH      4.58032011 AIR

        9    RAD    115.8259371432369   TH     13.04257100

        9    GLM      1.60192516             64.47099564

        10    RAD    -44.3260121545059   TH      1.00000000 AIR

        11    RAD     98.4143150696891   TH      8.84868435

        11    GLM      1.85436291             26.23363793

        12    RAD    -92.1050493948654   TH      3.59579710 AIR

        13    RAD    -56.7923447824885   TH      2.56577649

        13    GLM      1.56906517             42.17387992   14 RAD     56.3037237015490   TH     50.14291804 AIR

        14    CV       0.01776081

          14 UMC     -0.13986014

          14 TH      50.14291804

        14    YMT      0.00000000

        15    CAO     32.00000000    0.00000000    0.00000000   15 CV    0.0000000000000   TH     0.00000000 AIR  ZFILE   1

         CAM RANK   2

         CAM EXPONENT    1.00000

         14  14

         ZOOM    2

         OBA   1000.00000      -366.554000       12.7000   0.0000   0.00000000       0.0000  12.7000

         ZDATA   0.0000000E+00

         END

    这就是它的完成方式:弄清楚出了什么问题,并使用SYNOPSYS中的工具来修复它。 有时它很快,有时不会。 这就是镜头设计的全部内容,盲区和一切。

    但这对本课来说可能已经足够了。

    哦,我们差点忘了:为什么我们输入缩放组的曲面编号(14),因为YMT求解无论如何都会覆盖它? 那么,该程序需要一个组定义,否则它将无法工作。 如果您将这些数据留给真正的变焦镜头,那就是为了避免出现严重错误。

    我们将在第17课中重新讨论这个问题,并展示如何有效地应用其他工具和节省一些时间。

     
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    离线piggyhud
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    只看该作者 1楼 发表于: 09-08
    楼主发的这是啥软件?CodeV 网络版吗?
    离线光机学子
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    只看该作者 2楼 发表于: 09-09
    感谢分享!!!
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    只看该作者 3楼 发表于: 09-10
    回 piggyhud 的帖子
    piggyhud:楼主发的这是啥软件?CodeV 网络版吗? (2018-09-08 10:39)  VJ~D.ec  
    #\0m(v  
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