SYNOPSYS 光学设计软件课程十五：开发一组实际透镜
[8, PO
在第14课中，我们设计了一个7个透镜的镜头，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。 ,\ BVV,
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。 NJn &>/vM
我们将首先使用DSEARCH找到一个好的起点。这是输入： 5;X {.2
CORE 16 ( MB`hk-d
DSEARCH 6 QUIET ]vm\3=@}9
SYSTEM Ihdu1]~R{
ID DSEARCH SAMPLE uz ]E_&2
OBB 0 20 12.7 :=rA Yc3]
WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 uW UR3n
J__;.rnk
UNITS MM C@*%AY
END %4j&H!y-w;
GOALS LYp'vZ!
ELEMENTS 7 %0vTA_W
FNUM 3.575 c vKV95bn
BACK 50 .01 sC% b~
STOP MIDDLE A:kkCG!~Nf
STOP FREE XR|"dbZW.0
RT 0.5 }ppVR$7]0
FOV 0.0 0.75 1.0 0.0 0.0
}c}
( 5
FWT 5.0 3.0 3 /@Ez" ?V2
DELAY 999 +AB6 lv
RSTART 900
\;-qdV_JB
THSTART 7 >B0D/:R9
ASTART 15 =K&# .r
NPASS 66 {]=v]O |,
ANNEAL 200 20 Q hF2/
y. :P
COLORS 3 Kaf>
SNAPSHOT 10 9ftN8Svw
QUICK 44 66 _WK J<dB <
END "ml?7Xl,n
SPECIAL PANT ^"1TPd|
hL0]R,t;'
END Mec{_jiH&D
SPECIAL AANT &ik$L!iX
LUL 150 1 1 A TOTL M:_!w[NiLp
END F<5n Gx cC
GO )!cI|tovs
=HMmrmz:
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。 S."7+g7A r
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。 GJX4KA8J
CHG a'uU,Eb}#w
APS 3 ! declare surface 3 the stop声明表面3为光阑 yIOLs}!SF
15 CAO 32 ! fix the CAO on the image (so FFIELD works) 修复图像上的CAO（所以FFIELD工作） Q!K`e )R
FFIELD ! adjust the object height so the image fills the CAO there调整对象高度，使图像填充CAO y?>#t^
14 YMT ! assign a paraxial focus solve to surface 14为表面14指定近轴焦点求解 e&2wdH&
ZFILE 1 ! start of the ZFILE section ZFILE部分的开头 vh
&G Ib
14 14 ! there is one zooming group, the last thickness有一个缩放组，最后一个厚度 \83sSw
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 1i
u =Y
OBA 1000 -366.554 12.7 ! the object description at this zoom此缩放时的对象描述 \OcMiuw
END ! end of changes变化结束 hY+R'9
=D].`
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。 |q_
!.
a
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： a}>Dz 1 R
太可怕了！ 我们必须在两个共轭处校正图像。 这是我们的MACro： i&A%"lOI9
AWT: 0.5 Tw//!rp G
PANT ! Define variables. 定义变量 !q A8Zky_
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 :M j_2
FUL 1.9 &8sV
o@Pa
!VY 1 YP1 ! Don’t vary YP1; it is not compatible with the real pupil declaration 1kmQX+f
VY 1 YP1！ 不要改变YP1; 它是不是真正的光瞳声明兼容 o'Pu'y
VLIST RAD ALL ! Varies all radii that are not flat. 改变所有不平坦的半径 Fd7*]a
VLIST TH ALL ! varies all thicknesses and airspaces except for the
: tM?%=Q
! 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 H?uukmZl
VLIST GLM ALL ANMYX18M
END 2zK"*7b?
Pdw#o^Iq^
AANT ! Start of merit function definition. 开始评价函数定义 ,GrB'N{8e
AEC ! Activate automatic edge-feathering monitor激活自动边缘羽化监视器 C0fmmI0z~
ACC ! and maximum center thickness monitor. 和最大中心厚度监视器 5 lTD]d
ADT 6 .1 10 ! Keep diameter/thickness ratio 6 or more F c8E Y*
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 JRO$ <
LUL 150 1 1 A TOTL M$A#I51
M 50 .1 A BACK ! Since the back focus will vary, keep it reasonable HM&1y ubh#
由于后焦距会有所不同，因此请保持合理 <C<`J{X0
M 90.61 1 A FOCL ! Add this requirement so the focal length doesn’t change i "HgvBHx
添加此要求，以便焦距不会改变 ,=o0BD2q
GSR AWT 10 5 M 0 ! Note how weights are assigned to the several field points, ! and the symbol AWT controls the aperture weighting. Fk1.iRVzi
注意如何将权重分配给多个视场，符号AWT控制孔径加权。 ]` ]g@ v
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 Rg* J}
GNR AWT 5.5 4 M .7 ! These for the 0.7 field point这些为0.7视场 \cQ .|S
GNR AWT 3 4 M 1 ! Full field gets the lowest weight. 全场获得最低权重 5)'P'kVi7.
ZOOM 2 ! Targets for zoom 2 (with the object at one meter) 缩放2的目标（物体在一米处） 5+ P@s D
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 :EZQ'3X
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 \Hwg) Uc{
GNR AWT 5.5 4 M .7 ! These for the 0.7 field point这些为0.7视场 s G, +
GNR AWT 3 4 M 1 END ! Full field gets the lowest weight. 全场获得最低权重 H9`
f0(H
SNAP 9s` /~ a@
SYNO 50 alm-
r-Kb3
t`G)b&3_O
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。 \M(* =5
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。 +l?; )
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？ f v LC_'M
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。 6;oe=Q:Q
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。 9<s4yZF@x
输入STORE 1。 RY= 1H
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： lj2=._@R
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 G>
\T bx
7 GLM #
| ^^K!%
4 tXSYHd3
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。 lIf(6nm@
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： ?4[H]BK
GET 1 8)x t(~qF
otr>3a*'
然后在PANT文件之前添加一行： &mE?y%
AEI 2 1 14 0 0 0 10 2 cDV ^8 R
/#S>sOg2xq
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： 8o-bd _
RLE E \{< ;S
ID DSEARCH SAMPLE 180 N4UM82N
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001001111 79 WAVL .6563000 .5876000 .4861000 $-vo}k%M
APS 5 eW8[I'v_&
FFIELD N[U9d}Zv
UNITS MM /_\W+^fE
OBB 0.000000 19.41264 12.70000 -11.00540 0.00000 0.00000 12.70000 0 AIR D59T?B|BdD
1 RAD 53.9413943790523 TH 4.77883929 ^J x$ t/t
1 GLM 1.90000000 37.62897436 i0pU!`0
2 RAD 256.2741391536815 TH 10.43791469 AIR ULBg {e?l8
3 RAD -240.8321927995665 TH 2.68192838 Vhg1/EgUr
3 GLM 1.55017293 45.90619514 #^rU x.
4 RAD 33.0833886630087 TH 8.23819322 AIR Sm|(
5 RAD 348.1550734974948 TH 24.04523087 oq;'eM1 ,.
5 GLM 1.90000000 37.62897436 RL}K AGK
6 RAD -53.2450361188082 TH 3.59481775 AIR Q M 1F?F
7 RAD -41.0817136624587 TH 25.48983049 4]&<?"LSK
7 GLM 1.90000000 22.54554176 I&]G
8 RAD 186.3645272710029 TH 3.44409527 AIR GAEO $e:
9 RAD -336.9999206364553 TH 6.07694173 lDc;__}Ws
9 GLM 1.50000000 73.64948718 i$U Qbd
10 RAD -57.1787045766177 TH 1.00000000 AIR 7#-y-B]l
11 RAD 95.1542848378137 TH 16.98321961 c-CYdi@
11 GLM 1.50000000 73.64948718 ;D2E_!N
dt
12 RAD -57.2632094152352 TH 1.00000000 AIR {'bip`U.
13 RAD 108.6802069087533 TH 12.49861869 (P@Y36j>N
13 GLM 1.77103153 26.03009105 #y; yN7W
14 RAD -94.5597002836689 TH 3.05982907 AIR v[S-Pi1
15 RAD -66.0716087885051 TH 4.69827793
RiFw?Q+
15 GLM 1.57603254 40.99972364 16 RAD 53.2894699282010 TH 50.43814444 AIR cF+ X,]=6
16 CV 0.01876543
fCX*R"
16 UMC -0.13986014 G?hK9@ |v
16 TH 50.43814444 O/OiQ^T
16 YMT 0.00000000 [}o~PN:sT(
17 CAO 32.00000000 0.00000000 0.00000000 17 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR 'ks{D(`
ZFILE 1 s&
yk
CAM RANK 2 fCUT[d +H
CAM EXPONENT 1.00000 2x} 6\t
16 16 ,M6ZZ* ,e
ZOOM 2 ($!KzxF 3
OBA 1000.00000 -366.554000 12.7000 0.0000 0.00000000 0.0000 12.7000 ]/dVRkZeAE
ZDATA 0.0000000E+00 kE)!<1yy2
END sbsu(Sz+
f7<pEGb
程序在表面3插入了一个新元件！评价函数从2.55降至1.92。这里有一个教训：该程序可以找出如何更好地改善镜头（除非你非常有天赋）。因此，最好让AEI这样做，而不是尝试看起来有意义的事情。这些东西有时会起作用，但AEI更好。 pSAR/':eg
在这里你可以看到更大的改进，MTF也更好，你可以自己检查一下。 现在我们有一个镜头可以很好地校正无限共轭。 但是中间距离呢？ 如果我们制造镜头却发现在中间距离，事情变得非常糟糕，这将是一个粗鲁的意外。 我们要检查一下。 这是我们选择在此作业中使用ZFILE缩放功能的原因之一。 我们可以轻松扫描变焦范围并发现可能需要注意的任何点。 单击缩放选择栏底部的按钮 ：这将打开一个有趣的缩放滑块。 8X7{vN_3K
将滑块慢慢滑到右端，观察PAD显示（或单击SCAN按钮）。图像平面从无限远焦点缓慢向后移动到一米焦点位置。好消息是，图像质量在整个范围内几乎没有变化，实际上在中间附近变得更好。 （如果已更改，我们可以使用CAM命令创建一个中间焦点位置，总共三个缩放，然后在AANT文件中为ZOOM 3位置添加更多目标。）您可以创建和定位最多20个缩放，然后您将了解是否键入HELP CAM以阅读该功能 。 pGWA\}'
因此，我们已经制作了一个在整个聚焦范围内都能很好地工作的镜头。当然我们还没有完成。现在我们需要再次分配真实玻璃，增加一些元件的厚度，删除那些厚度变量并重新优化是个好主意。但是等一下，上图中显示的第五个元件困扰着我们，它在做什么？再次使用STRAIN命令，您会发现该元件的光焦度或应变非常小，这表明我们可以完全删除它。我们得试试！删除AEI指令并将其替换为 R p.W,)i
AED 5 QUIET 1 15 f_6`tq m %
y?z\L
并再次运行它 - 哇！ 程序说第九个元件可以删除！ 允许它执行此操作，然后注释掉AED指令并进行更多优化。 评价函数达到2.36 - 不像以前那么好，但也许足够好。 我们已经淘汰了一个元件。 了解AED如何做出比你更好的决定了吗？ _p}xZD\?,
RLE 5nLD j:C~
ID DSEARCH SAMPLE 180 W j MRH+
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001001111 79 WAVL .6563000 .5876000 .4861000 e%6{M E
3
APS 5 Z=$ T1|
FFIELD 2qj{n+
UNITS MM 45+ {nN[
OBB 0.000000 19.41264 12.70000 -12.09057 0.00000 0.00000 12.70000 0 AIR ;e s^R?z
1 RAD 62.8507824648534 TH 4.25802685 t/p $
1 GLM 1.90000000 37.62897436 0Xl%uF+w
2 RAD 242.2383021934368 TH 17.94509182 AIR ;Ss$2V'a
3 RAD -155.4943420012135 TH 4.72649410 jX
*/piSq
3 GLM 1.58912358 39.02768391 `~F5 wh~
4 RAD 40.3386502191948 TH 1.70305774 AIR f}fsoDoQ=
5 RAD 150.7944944757465 TH 25.55442186 Je7RrCz
5 GLM 1.90000000 37.62897436 vzR=>0#
6 RAD -38.9019256687224 TH 1.52918359 AIR UH3t(o7O
7 RAD -31.8151154746487 TH 16.13215543 vK $^y^
7 GLM 1.90000000 22.54554176 Np,2j KF(
8 RAD 266.4763779948293 TH 4.58032011 AIR %%}A|,
9 RAD 115.8259371432369 TH 13.04257100 =nxKttmU0
9 GLM 1.60192516 64.47099564 ecHP
&Z$
10 RAD -44.3260121545059 TH 1.00000000 AIR Wd 2sh
11 RAD 98.4143150696891 TH 8.84868435 g1[&c+=U`P
11 GLM 1.85436291 26.23363793 SS3-+<z
12 RAD -92.1050493948654 TH 3.59579710 AIR jPJAWXB4a
13 RAD -56.7923447824885 TH 2.56577649 ] |Z b\{
13 GLM 1.56906517 42.17387992 14 RAD 56.3037237015490 TH 50.14291804 AIR 8<&EvOk
14 CV 0.01776081 o'= VZT9
14 UMC -0.13986014 LI
W*4r!
14 TH 50.14291804 pj{\T?(
14 YMT 0.00000000 t&RruwN_;
15 CAO 32.00000000 0.00000000 0.00000000 15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ZFILE 1 0!#; j{JQ
CAM RANK 2 !{%G0(Dv
CAM EXPONENT 1.00000 4<v;1
14 14 \ V%_h l
ZOOM 2 YD_]!HK}
OBA 1000.00000 -366.554000 12.7000 0.0000 0.00000000 0.0000 12.7000 /L~m#HxWU
ZDATA 0.0000000E+00 By((,QpB
END >L>+2z
1 /iE`Si
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。 3N4.$#>#9@
但这对本课来说可能已经足够了。 GESXc $E8
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。 Dkw7]9Qm
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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