SYNOPSYS 光学设计软件课程十五：开发一组实际透镜

JKCV>k
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。 Tilr%D(Q
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。 (ueH@A"9;
我们将首先使用DSEARCH找到一个好的起点。这是输入：

gKIN* Od
    CORE 16 G~Y#l@8M+
    DSEARCH 6  QUIET R9+f^o`W
    SYSTEM >S?7-2X
    ID DSEARCH SAMPLE ?:zMrlX
    OBB 0 20 12.7 qrt2uE{K
    WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 >4#\ U!
otP2qAI
    UNITS MM (hv}K*c{
    END :4COPUBpPV
    GOALS 0nlh0u8#
    ELEMENTS 7 =)]RD%Oq
    FNUM 3.575 -OfAl~ 4
    BACK 50 .01 2"Y=*s
    STOP MIDDLE xz,M>Ua
    STOP FREE 6b!1j,\Vx
    RT 0.5 !A_KCM:Ym
    FOV 0.0 0.75 1.0 0.0 0.0 VrFI5_M/
    FWT 5.0 3.0 3 )IE)a[wo
    DELAY 999 ?/p."N:]H
    RSTART 900 F#efs6{
    THSTART 7 er!+QD,EM
    ASTART 15 _)#~D*3
    NPASS 66 [|HQfTp$
    ANNEAL 200 20 Q ):Ekf2
    COLORS 3 &0-Pl.M
    SNAPSHOT 10 e9B$"_ &2
    QUICK 44 66 +6Vu]96=KC
    END <5sfII
    SPECIAL PANT +,9Mufh
+Pn`AV1
    END `"bp-/
    SPECIAL AANT q?&JS
    LUL 150 1 1 A TOTL y"nCT3
    END s|"4!{It
    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。

WF<*rl
    CHG Q9t.*+
    APS 3                   ! declare surface 3 the stop声明表面3为光阑 i"hn%u$V
    15 CAO 32                  ! fix the CAO on the image (so FFIELD works) 修复图像上的CAO（所以FFIELD工作） OL#RkD
    FFIELD                      ! adjust the object height so the image fills the CAO there调整对象高度，使图像填充CAO ;{cl*EN
    14 YMT                      ! assign a paraxial focus solve to surface 14为表面14指定近轴焦点求解 cuQ=bRIb
    ZFILE 1                  ! start of the ZFILE section   ZFILE部分的开头 QOF'SEq"k
    14 14                       ! there is one zooming group, the last thickness有一个缩放组，最后一个厚度 m3_)UIJZ
    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 ve= nh]N
    OBA 1000 -366.554 12.7  ! the object description at this zoom此缩放时的对象描述 5{8,+ Z
    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：

rHgrCMW
    AWT: 0.5 gH/k}M7tA#
        PANT      ! Define variables. 定义变量 &oiBMk`*
        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 |n&EbOmgf
        FUL 1.9 *yA.D?
        !VY 1 YP1 ! Don’t vary YP1; it is not compatible with the real pupil declaration `#N7ym;s@
        VY 1 YP1！不要改变YP1; 它是不是真正的光瞳声明兼容 HLM"dmI
        VLIST RAD ALL     ! Varies all radii that are not flat. 改变所有不平坦的半径 G{oM2`c'#8
            VLIST TH ALL     ! varies all thicknesses and airspaces except for the !GVxQll[f
        ! 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 <i1P~
        VLIST GLM ALL MT@Uu
        END <3Hu(Jx<O
k$} 6Qd
        AANT           ! Start of merit function definition. 开始评价函数定义 h%@#jvh?4
        AEC           ! Activate automatic edge-feathering monitor激活自动边缘羽化监视器 b~FmX
        ACC           ! and maximum center thickness monitor. 和最大中心厚度监视器 jl4rEzVu
        ADT 6 .1 10      ! Keep diameter/thickness ratio 6 or more R0mWVgoz
        M 33 2 A GIHT     ! Comment this out, since the FFIELD will control scale保持直径/厚度比6或更多注释，因为FFIELD将控制比例 S>p>$m, Q
        LUL 150 1 1 A TOTL YY<e]CriU
            M 50 .1 A BACK     ! Since the back focus will vary, keep it reasonable M3 $MgsN:
        由于后焦距会有所不同，因此请保持合理 Y~M H
        M 90.61 1 A FOCL ! Add this requirement so the focal length doesn’t change \7,'o] >M-
        添加此要求，以便焦距不会改变 5bKn6O)K
        GSR AWT 10 5 M 0  ! Note how weights are assigned to the several field points,  ! and the symbol AWT controls the aperture weighting. jDc5p3D&[]
        注意如何将权重分配给多个视场，符号AWT控制孔径加权。 tI(co5 W
        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 1{S" axSL
        GNR AWT 5.5 4 M .7     ! These for the 0.7 field point这些为0.7视场 \(bML#I
        GNR AWT 3 4 M 1 ! Full field gets the lowest weight. 全场获得最低权重 ^KMZB
        ZOOM 2          ! Targets for zoom 2 (with the object at one meter) 缩放2的目标（物体在一米处） KcjP39@I
        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 uJ$!lyJ6L
        GNR AWT 5.5 4 M .5     ! This creates a ray grid at the ½ field point这会在½视场处创建光线网格 >j$CM:w
        GNR AWT 5.5 4 M .7     ! These for the 0.7 field point这些为0.7视场 ^UK6q2[
        GNR AWT 3 4 M 1  END     ! Full field gets the lowest weight. 全场获得最低权重 Gwkp(9d
        SNAP FeFH_
        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

*^u5?{$l(
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：

L[*Xrp;/&
GET 1

然后在PANT文件之前添加一行：

ZOG6
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：

nV%1/e"5
    RLE v}ZQC8wL
    ID DSEARCH SAMPLE                          180 ~8Z0{^
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001001111     79                             WAVL .6563000 .5876000 .4861000 .~6p/fHX
     APS               5 LQs2!]?HT
     FFIELD X&6p_Lo
     UNITS MM _S#uxgL<
     OBB  0.000000     19.41264     12.70000    -11.00540      0.00000      0.00000     12.70000    0 AIR Hay`lA2@
       1 RAD     53.9413943790523   TH      4.77883929 NQ!jkojD
    1    GLM      1.90000000             37.62897436 ><[($Gq`g
    2    RAD    256.2741391536815   TH     10.43791469 AIR Uok?FEN
    3    RAD   -240.8321927995665   TH      2.68192838 aQaO.K2
    3    GLM      1.55017293             45.90619514 A|8(3PiP
    4    RAD     33.0833886630087   TH      8.23819322 AIR j']m*aM1>
    5    RAD    348.1550734974948   TH     24.04523087 B&yb%`9],W
    5    GLM      1.90000000             37.62897436 g~Zel}h#
    6    RAD    -53.2450361188082   TH      3.59481775 AIR W^q;=D6uh
    7    RAD    -41.0817136624587   TH     25.48983049 IXugnvyV
    7    GLM      1.90000000             22.54554176 { CkxUec
    8    RAD    186.3645272710029   TH      3.44409527 AIR 'k#^Z
    9    RAD   -336.9999206364553   TH      6.07694173 M yr [
    9    GLM      1.50000000             73.64948718 J]~LmSh
    10    RAD    -57.1787045766177   TH      1.00000000 AIR l=ZhHON
    11    RAD     95.1542848378137   TH     16.98321961 ]dc^@}1bN
    11    GLM      1.50000000             73.64948718 LzS@@']
    12    RAD    -57.2632094152352   TH      1.00000000 AIR Uax- z
    13    RAD    108.6802069087533   TH     12.49861869 >9(lFh0P
    13    GLM      1.77103153             26.03009105 !~cTe!T
    14    RAD    -94.5597002836689   TH      3.05982907 AIR *.AokY)_a
    15    RAD    -66.0716087885051   TH      4.69827793 g#;w)-Zj
    15    GLM      1.57603254             40.99972364   16 RAD     53.2894699282010   TH     50.43814444 AIR rm NqS+t
    16    CV       0.01876543 <IGQBu#ZH
      16 UMC     -0.13986014 T"XP`gk
      16 TH      50.43814444 37Z:WJ?
    16    YMT      0.00000000 { D1.
    17    CAO     32.00000000       0.00000000       0.00000000   17 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR "EQ-`b=I4
     ZFILE   1 b}p0&%I
     CAM RANK   2 hp!UW
     CAM EXPONENT    1.00000 XS]=sfN
     16  16 VC\43A,9
     ZOOM    2 GmB7@-[QA%
     OBA   1000.00000      -366.554000       12.7000   0.0000   0.00000000       0.0000  12.7000 yK<%AV@v
     ZDATA   0.0000000E+00 52BlFBNV
     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

%8tlJQvu
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？

Iw8;",e2
    RLE b;O]@kBB
    ID DSEARCH SAMPLE                          180 qCn(~:
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001001111     79                             WAVL .6563000 .5876000 .4861000 ? r=cLC
     APS               5 s"<k)Xi
     FFIELD Y(ly0U}
     UNITS MM eXWiTi@
     OBB  0.000000     19.41264     12.70000    -12.09057      0.00000      0.00000     12.70000    0 AIR C".&m
       1 RAD     62.8507824648534   TH      4.25802685 <P7f\$o~
    1    GLM      1.90000000             37.62897436 0Np}O=>
    2    RAD    242.2383021934368   TH     17.94509182 AIR 0ejx;Mum
    3    RAD   -155.4943420012135   TH      4.72649410 a1B_w#?8
    3    GLM      1.58912358             39.02768391 B5aFt ;Vj
    4    RAD     40.3386502191948   TH      1.70305774 AIR ^wCjMi(sj
    5    RAD    150.7944944757465   TH     25.55442186 wX" 6 S:
    5    GLM      1.90000000             37.62897436 %p)6m2Sb
    6    RAD    -38.9019256687224   TH      1.52918359 AIR ScYw3i
    7    RAD    -31.8151154746487   TH     16.13215543 |AW[4Yn>
    7    GLM      1.90000000             22.54554176 bWo-( qxq
    8    RAD    266.4763779948293   TH      4.58032011 AIR :bFmw dX
    9    RAD    115.8259371432369   TH     13.04257100 hgX@?WWR
    9    GLM      1.60192516             64.47099564 (X@JlAfB
    10    RAD    -44.3260121545059   TH      1.00000000 AIR +.&#whEw(i
    11    RAD     98.4143150696891   TH      8.84868435 wP- pFc
    11    GLM      1.85436291             26.23363793 hV])\t=yf
    12    RAD    -92.1050493948654   TH      3.59579710 AIR 7OYNH0EH
    13    RAD    -56.7923447824885   TH      2.56577649 k5]s~*,0
    13    GLM      1.56906517             42.17387992   14 RAD     56.3037237015490   TH     50.14291804 AIR \1hbCv$Hf
    14    CV       0.01776081 2cr~/,YY
      14 UMC     -0.13986014 hS}?"ST|
      14 TH      50.14291804 a33}CVG-e3
    14    YMT      0.00000000 i)g=Lew
    15    CAO     32.00000000    0.00000000    0.00000000   15 CV    0.0000000000000   TH     0.00000000 AIR  ZFILE   1 I.A7H'j
     CAM RANK   2 \,i9m9;y
     CAM EXPONENT    1.00000 nVko]y
     14  14 q [Rqy !,
     ZOOM    2 >xws
     OBA   1000.00000      -366.554000       12.7000   0.0000   0.00000000       0.0000  12.7000 `Lb^!6`)
     ZDATA   0.0000000E+00 *x2+sgSf_0
     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。

piggyhud	2018-09-08 10:39
楼主发的这是啥软件？CodeV 网络版吗？

光机学子	2018-09-09 23:17
感谢分享！！！

optics1210	2018-09-10 16:03
piggyhud:楼主发的这是啥软件？CodeV 网络版吗？ (2018-09-08 10:39) (T:OZmEO. oU`8\n]( SYNOPSYS

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