DOE在现代镜头设计中的应用:SYNOPSYS 光学设计软件
XfIJ 4ZM5
在本课中，我们将从头开始，设计一个5片透镜镜头，然后看看在某处添加衍射光学元件（DOE）是否可以改善其性能。 m+z& Q
这是个问题，由MDS对话框中的条目定义。 这将创建一个MACro，它将运行DSEARCH命令，并填写所有数据。 )J(6xy
该设计将输入F / 3.5，半场角为25度，孔径为12毫米。 我们选择使用SPECIAL AANT代码来控制后焦距，这样可以后焦长度增大但不会让它小于22毫米。 我们还要求主光线角度切线较小，权重较轻，符合ACA要求，因此我们不能在图像上获得具有大视场角的解决方案，并避免陡峭的光线折射。 N?`' /e
当我们单击“确定”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）和一个网格 数量为6（因为非球面和DOE会导致高阶孔径像差）。 ;*2Cm'8E
CORE 16 l,aay-E
DSEARCH 1 QUIET .O<obq~;C
SYSTEM :NTO03F7v
ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY t4-[Z$ n5
OBB 0 25 12 &_8 947
WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 h 'nY3GrU
KD.]i' d<
UNITS MM P@~yx#G
END X1_ 5KH
GOALS \cM2k-
ELEMENTS 5 k4zZ7H
FNUM 3.5 pEz_qy[#
BACK 0 0 %E;'ln4h&,
TOTL 0 0 cPQiUU~W@
STOP MIDDLE "Z+k =~(
STOP FREE Q\0'lQJdy
RSTART 50 100 200 400 ?: 9"X$XR
RT 0.5 sV*H`N')S
FOV 0.0 .4 .6 .85 1 4s
oJ.j8
FWT 5.0 3.0 3 3 3 3Tm+g2w2V8
NPASS 100 : .`2 ^
DELAY 9999 uCB=u[]y4
NGRID 6 'dc#F3
ANNEAL 200 20 Q u_Z+;{ ]Pj
COLORS 3 1G`Pmh@
SNAPSHOT 10 tfWS)y7
QUICK 40 100 :[d9tm
END bW +:C5'
SPECIAL PANT ` ">=
a?oI>8*
END 4Wp=y
SPECIAL AANT hgE71H\s
ACA 60 .1 1 9W);rL|5
ADT 6 .1 1 -trkA'ewZ
M 0 .01 A P HH 1 2st3
LLL 22 1 1 A BACK b\,+f n
LUL 250 1 1 A TOTL {Y1C k5
END V|R,!UND
GO ]eV8b*d6
NwfVL4Xg
由于我们要实施DOE曲面，我们选择指定五个视场进行校正。 当使用任何类型的非球面时，这是一个好习惯，因为否则可能会在指定的位置进行较好的校正，在其它未定义的视场进行较差的校正。 a,o*=r
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以将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。 /g.U&oI]D
我们运行这个MACro并且看到从DSEARCH回来的最好的镜头不是太好 - 但是你确定，只使用五个透镜，就能满足这些视场和速度的要求么？ Zj
Z^_X3
我们可以通过请求更多的元件来获得更好的结果 - 但是我们希望通过将其中一个镜头更改为DOE来看看我们可以获得多少改进。 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。 我们来试试DOE。 我们在顶部添加另一条MACro。 （“ADA”表示自动DOE分配。） f%8C!W]Dm
ADA 5 QUIET K@%].:
y>ktcuML
PANT bW:!5"_{H
VY 0 YP1 y<.5xq5_3
VLIST RD ALL !p/goqT~dY
VLIST TH ALL -t U'yKhn
VY 1 GLM lk =<A"^S
VY 3 GLM *yGGBqd
VY 5 GLM {2gwk8
VY 7 GLM dgP3@`YS
VY 9 GLM @E8+C8'
END _(zG?]y0P
AANT P AEC ? r!o~|9|
ACC A?0Nm{O;3v
GSR 0.700000 5.000000 4 2 0.000000 og>uj>H &
GSR 0.700000 5.000000 4 1 0.000000 x|29L7 i
GSR 0.700000 5.000000 4 3 0.000000 BL4 -7
GNR 0.700000 3.000000 4 2 0.400000 [Pb OfxxgA
GNR 0.700000 3.000000 4 1 0.400000 Fs^Mw
g o
GNR 0.700000 3.000000 4 3 0.400000 .eC1qWZJpd
GNR 0.700000 3.000000 4 2 0.600000 fd9k?,zM
GNR 0.700000 3.000000 4 1 0.600000 o,wUc"CE
GNR 0.700000 3.000000 4 3 0.600000 T6kdS]4-
GNR 0.700000 3.000000 4 2 0.850000 lr $zHI7_`
GNR 0.700000 3.000000 4 1 0.850000 /<BI46B\
GNR 0.700000 3.000000 4 3 0.850000 OB }Ib]
GNR 0.700000 3.000000 4 2 1.000000 EEL,^3KR
GNR 0.700000 3.000000 4 1 1.000000 (Awm9|. {+
GNR 0.700000 3.000000 4 3 1.000000 wS3'?PRX
ACA 60 .1 1 D3 K8F@d
M 0 .01 A P HH 1 W(/h Vt
LLL 22 1 1 A BACK lUMdrt0@z
LUL 250 1 1 A TOTL &Hnz8Or !
END ( u idNq
SNAP/DAMP 1 8a"% 0d#
SYNOPSYS 40 C9 j|OSgk
'4<1 1(U
该程序发现表面1使用DOE效果最好。 S5EK~#-L [
command ASY shows the data of this DOE. -|9=P\U8S
h@wgd~X9
SPECIAL SURFACE DATA p mYHUj
#
______________________________________________________________________________ uXl3k:_n
SURFACE NO. 1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) eJ81-!)
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION: 0.587600 UR5`ue ;
Nd, Vd OF DOE MATERIAL: 1.517000 55.000000 {+ b7 sA3
NORMALIZING RADIUS: 61.613800 9-m=*|p
DIFFRACTION ORDER: -1 Oa>Ppldeg
XD 1 -0.000671 (CV) XD 11 1.852479E-06 (R**2) XD 12 2.816262E-06 (R**4) XRQ4\bMA8
XD 13 5.395981E-06 (R**6) XD 14 6.889557E-06 (R**8) 7 Fs ay+a
dUdT7 ixo
这只是一个非常小的改进。 我们很好奇如果我们增加第二个DOE将会发生什么。 这很容易测试。 将变量添加到我们刚刚添加的DOE术语的PANT文件中。 YKf0dh;O
VY 1 G 16 f6"Z'{j
VY 1 G 26 J<lO=
+mg
VY 1 G 27 {BU; $
VY 1 G 28 P0jtp7 )7
VY 1 G 29 Jj%K=sw
Ilm^G}GB
然后再次运行MACro。 这次它需要表面9的DOE。 UJ6v(:z <
评价函数有很大改进。 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。 （我们谨慎地注销ADA命令，所以我们没有得到第三个DOE！） C+&l<
fM&
!ADA 5 QUIET h2J
x]FJ
JOBhx)E
PANT 18:%~>.!
VY 0 YP1 lU8Hd|@-
VLIST RD ALL } \k"n{!"
VLIST TH ALL iO;
7t@]-
VY 1 GLM "U"Z 3 *
VY 3 GLM ^sWT:BDh
VY 5 GLM mpJ#:}n
VY 7 GLM 63 B?.
VY 9 GLM
X) 3! _
Aq7osU1B
VY 1 G 16 >b4eL59
VY 1 G 26 %H"47ZFxAs
VY 1 G 27 sCHJ&>m5-
VY 1 G 28 @U} 1EC{A
VY 1 G 29 -z(+/ /K:#
VY 1 G 30 GWip-w I
VY 1 G 31 u\JNr}bL
VY 1 G 32 4H ]L~^CD
W
`}Rf\g
VY 9 G 16 =_u4=4
VY 9 G 26 JqiP>4Uwm^
VY 9 G 27 v| 2T%y_
u
VY 9 G 28 <Q?F?.^e
VY 9 G 29 V3j= Kf
VY 9 G 30 bA->{OPkT
VY 9 G 31 5/Uy{Xt
VY 9 G 32 [ !OxZ!
END , zY$8y]
… :9 ^*
^T
@F*%9LPv
现在我们再次运行它，然后模拟退火。 $E.I84UfX
哇！ 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）看到我们需要多少球面元件来获得这种质量会很有趣，但我们会为学生留下这个练习。 肯定会超过五个。 VP]% Hni]
RLE HyWCMK6b
ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY 189 "'\$
g[k
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12 y'*K|a TG
WAVL .6563000 .5876000 .4861000 !C: $?o U
APS 1 UNITS MM 83q6Sv
OBB 0.000000 25.00000 12.00000 -40.75533 0.00000 0.00000 12.00000 0 AIR ~q Oa\#x_
1 CV 0.0000000000000 TH 17.18886085 +srG N5!
1 GLM 1.50000000 73.64948718 1 USS 16 L;I]OC^J
CWAV 0.587600 aw42oLk
HIN 1.517000 55.000000 6NHX2Ja
RNORM 61.6138 M/gGoE {
1 XDD 1 -2.3573567E-03 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 LFtt gY
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 g}',(tPMZ
1 XDD 4 -1.6583719E+03 5.4539892E+02 0.0000000E+00 0.0000000E+00 D}X\Ca"h
2 RAD 83.7333797612760 TH 133.80801226 AIR 3$9W%3
3 RAD 145.6651342237978 TH 12.84766300 04=c-~&q
3 GLM 1.90000000 37.62897436 E~oOK Q5W
4 RAD -936.8282816530643 TH 36.68042679 AIR :20W\P<O!A
5 RAD 77.0117799868350 TH 7.56136252 Jg| XH
L)
5 GLM 1.60190936 64.47241855 ~R92cH> L
6 RAD 300.9357930535547 TH 2.49443964 AIR dlTt _.
7 RAD -321.5452747117334 TH 6.92345376 [HZv8HU|
7 GLM 1.81849484 24.49789036 .0]<k,JZZ
8 RAD 80.4305830784560 TH 14.77333385 AIR Z?m3~L9L2
9 CV 0.0000000000000 TH 17.77216658 6 ~w@PRy
9 GLM 1.89731741 37.87054525 WI-1)1t
9 USS 16 %8~NqS|=
CWAV 0.587600 "1 M[5\Ax
HIN 1.517000 55.000000 ;;N9>M?b
RNORM 17.8887 ^ (zYz d
9 XDD 1 3.7006321E-03 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 ^$hH1H+V
9 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 |8tilOqI
9 XDD 3 7.5557923E+01 -1.1770634E+01 1.0593009E+01 -1.4354614E+01 1.1908357E+01 _zi|
9 XDD 4 -4.9678199E+00 8.1921021E-01 0.0000000E+00 0.0000000E+00 $ gS>FJ
10 RAD -155.4022209171318 TH 127.09309610 AIR [3|P 7?W/
10 CV -0.00643491 nc|p )
10 UMC -0.14285714 ;@|n @ ax
10 TH 127.09309610 K(,F ~ .<
10 YMT 0.00000000 N5b!.B x-w
11 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END OYTkV}tG
v #j$;
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： JrRH\+4K 这是表面9的轮廓
第二个可能是对加工厂的挑战。 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。 ( 0_2sfS
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。 无论如何，最好是先于技术而不是跑到后面试图跟上。 正如您所见，SYNOPSYS™的ADA功能处于领先地位。 我们邀请具有DOE能力的镜头供应商对本课进行评论，并可能提供他们今天所理解的见解和设计权衡。 XuM'_FN`A<
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