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optics1210 2018-09-11 12:03

DOE在现代镜头设计中的应用:SYNOPSYS 光学设计软件

Sa"9^_.2#  
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。 A~Xq,BxCV  
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。

g~BoFc.V2~  
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。 P/JK$nb  
当我们单击“确定”按钮时，程序会加载我们的MACRO。 我们在顶部添加了CORE 16指令，以加快我们的8核超线程PC的速度，并指定一个长延迟（因此它不会要求中止其他内核，这可能需要更长时间）和一个网格 数量为6（因为非球面和DOE会导致高阶孔径像差）。
341?0 %=  
    CORE 16 @$"L:1_  
        DSEARCH 1  QUIET 4d_s%n?C  
        SYSTEM *WE1;msr  
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY 4t/&.  
        OBB 0 25 12 )RYG%  
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 =pA IvU  
~^ ^ NHq  
        UNITS MM 5j0{p$'9  
        END /H:I 68~  
        GOALS htm{!Z]s0  
        ELEMENTS 5 !GW ,\y  
        FNUM 3.5 OG3/-K8R  
        BACK 0 0 /U6% %%-D`  
        TOTL 0 0 CC;! <km  
        STOP MIDDLE 0t#g }  
        STOP FREE ES<{4<Kpx  
        RSTART 50 100 200 400 $|$e%   
        RT 0.5 * MM[u75  
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 y<XlRTy[}  
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 xsjO)))f  
        NPASS 100 !:LJzROh  
        DELAY 9999 >)_ojDO  
        NGRID 6 dbS +  
        ANNEAL 200 20 Q *?yJkJ"  
        COLORS 3 !3oKmL5  
        SNAPSHOT 10 #a| L3zR5v  
        QUICK 40 100 Gg\G'QU  
        END Q,Z*8FH=  
        SPECIAL PANT Px M!U!t  
:)jJge&^p  
        END 44\>gI<  
        SPECIAL AANT 6|J'>)  
        ACA 60 .1 1 i`)!X:j  
        ADT 6 .1 1 9Q W&$n^  
        M 0 .01 A P HH 1 69kJC/1+l  
        LLL 22 1 1 A BACK 6AN)vs}  
        LUL 250 1 1 A TOTL o2-@o= F  
    END I\\QS.2  
    GO
Lt#'W  
:L0/V~D  
由于我们要实施DOE曲面，我们选择指定五个视场进行校正。 当使用任何类型的非球面时，这是一个好习惯，因为否则可能会在指定的位置进行较好的校正，在其它未定义的视场进行较差的校正。 -~)OF  
我们还为每种情况的曲率半径指定了四个不同的起始值，依次进行研究。 请记住，即使对初始条件进行少量更改也可以将DSEARCH发送到镜头设计树的不同分支，这将使搜索的案例数量增加四倍。 oKFT? "[X  
我们运行这个MACro并且看到从DSEARCH回来的最好的镜头不是太好 - 但是你确定，只使用五个透镜，就能满足这些视场和速度的要求么？
lH|LdlX  
我们可以通过请求更多的元件来获得更好的结果 - 但是我们希望通过将其中一个镜头更改为DOE来看看我们可以获得多少改进。 该程序为我们创建了一个优化MACro，使得继续优化和模拟退火非常容易。 我们来试试DOE。 我们在顶部添加另一条MACro。 （“ADA”表示自动DOE分配。）
5 / m$)wE  
    ADA 5 QUIET g^kx(p<u`  
?p[O%_Xf  
    PANT Swtbl`,  
    VY 0 YP1 kE;O7sN   
    VLIST RD ALL ovf/;Q/}  
    VLIST TH ALL g"Q h]:  
    VY   1 GLM pz_e=xr  
    VY   3 GLM ^_p%Yv  
    VY   5 GLM =A[5= k>  
    VY   7 GLM ly4Qg\l  
    VY   9 GLM Jf:,y~mV  
    END Bk|K%K  
    AANT P AEC # Oup^ o@  
    ACC <c,~aq#W'  
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 77gysd\(  
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 vxN0,l  
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 Em13dem  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 5 HV)[us  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 NWmtwS+@  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 6R}j-1 <n  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 Q^eJ4{Ya:  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 ,<ya@Fi{  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 }4%/pOi:f  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 0vs0*;F;  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 ,[48Mspp  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 `?s.\Dh  
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 ;5|1M8]=0  
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 H*e'Cs/  
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 ]]iO- }  
      ACA 60 .1 1 {^q)^<#JT  
      M 0 .01 A P HH 1 Ar, 9U9  
      LLL 22 1 1 A BACK 0x)dnq\  
      LUL 250 1 1 A TOTL e`U Qz$4!  
    END p5 ]_}I`+2  
    SNAP/DAMP 1 eE:&qy^  
    SYNOPSYS   40
e(\I_  
Z/ bB h  
该程序发现表面1使用DOE效果最好。
"/%89 HMD  
command ASY shows the data of this DOE.  ;\b@)E}  
Yx?aC!5M  
SPECIAL SURFACE DATA Jj"HpK>[  
______________________________________________________________________________ W=-|`  
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) 2P~)I)3V  
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 ?F$6;N6x  
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 )Id2GV~2B  
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 g@nk.aRw  
DIFFRACTION ORDER:        -1 @Jv# fr  
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) IS_Su;w>4  
XD 13  5.395981E-06 (R**6)  XD 14  6.889557E-06 (R**8)
c{88m/;eP  
P2k7M(I_&  
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。
DvT+`X?R  
    VY 1 G 16 -l*A  
    VY 1 G 26 p!"(s/=  
    VY 1 G 27 ]A:( L9  
    VY 1 G 28 )+~E8yK  
    VY 1 G 29
,ECAan/@  
f~\Xg7<  
然后再次运行MACro。 这次它需要表面9的DOE。
`^8*<+  
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！）
VWvoQf^+  
    !ADA 5 QUIET LdWc X`K  
F1u)i  
    PANT e@ oWwhpE  
    VY 0 YP1 !EFBI+?&  
    VLIST RD ALL M9"Sgb`g  
    VLIST TH ALL pieT'mA  
    VY   1 GLM k ojG- M  
    VY   3 GLM xdF guV8  
    VY   5 GLM }:#dV B+  
    VY   7 GLM nxRwWj57  
    VY   9 GLM };SV!'9s?~  
 5H.Db  
    VY 1 G 16 sJ6a7A8)  
    VY 1 G 26 k,_i#9 X  
    VY 1 G 27 W^R'@  
    VY 1 G 28 vfbe$4mH  
    VY 1 G 29 j+>Q#&h9  
    VY 1 G 30 .Ty,_3+{#p  
    VY 1 G 31 ~%P3Pp  
    VY 1 G 32 f)Y  
qX@9N=g`#O  
    VY 9 G 16 |\{Nfm=:%  
    VY 9 G 26 P6HGs? *  
    VY 9 G 27 TG]}X\c+V|  
    VY 9 G 28 Kq7C0)23  
    VY 9 G 29 Ruj.J,  
    VY 9 G 30 )0|):g   
    VY 9 G 31 -3k;u  
    VY 9 G 32 J#@lV  
    END QNJ\!+,HV  
    …
RZ6~c{  
ADBpX>  
现在我们再次运行它，然后模拟退火。
F@<MT<TRf  
哇！ 当使用两个DOE进行优化时，DSEARCH返回的镜头的评价函数从0.944下降到0.061。 （L19L1）看到我们需要多少球面元件来获得这种质量会很有趣，但我们会为学生留下这个练习。 肯定会超过五个。
;IhPvff  
    RLE k`@w(HhS  
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 jZ#UUnR%  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 ?#ihJt,  
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 u:5IjOb2^  
     APS               1  UNITS MM y< ud('D  
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR '>]&rb09|  
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 R-C5*$  
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 bX&e_Pd  
     CWAV        0.587600 X 7&U3v  
     HIN        1.517000       55.000000 u\w2S4c  
       RNORM    61.6138 #S *pD?VZ  
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 ^Y<M~K972  
       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 Mk "vv k  
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 SJ[AiHR  
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR @#CF".fuN>  
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 z5ZKks   
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 %^U"Spv;  
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR _/ Tlqzp  
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 4@/z  
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 "cQvd(kug  
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR 3FY_A(+  
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 Z fqQ {_  
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 c.-cpFk^L&  
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR `$f2eB&   
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 j88=f#<  
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 PS/W h  
       9 USS  16 /Mx.:.A&$  
     CWAV        0.587600 )O -cw7 >  
     HIN        1.517000       55.000000 DA=qeVBg  
       RNORM    17.8887 ;YM]K R;  
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 ? KF=W  
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 F`3^wHw^  
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 c-`37. J  
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 &|NZ8:*+#  
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR Md?acWE*L  
      10 CV      -0.00643491 0QMaM  
      10 UMC     -0.14285714 ]p\u$VY9  
      10 TH     127.09309610  kMqD iJ  
    10    YMT      0.00000000 hw|t8 ShW  
    11    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  END
gu!](yEgl  
XUf7yD  
本课程展示了如何将镜头表面转换为DOE可以显著提高图像质量 - 或者让您以更少的元件获得所需的质量。 当然，这完全取决于镜头供应商是否可以制造DOE。 这些可能不太容易。 这是表面2处的DMASK配置文件：
qz87iJp&  
这是表面9的轮廓
/Go>5 B>  
第二个可能是对加工厂的挑战。 我们来看一下空间频率。 使用MMA打开MAP对话框，选择HSFREQ over PUPIL，对象点0，Ray Pattern CREC 9，DIGITAL和Execute。 最高频率在边缘处超过7 c / mm。 这看起来很不错，但这当然取决于制作它们加工厂的能力和技术。
=!YP$hfY  
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。 F6DxvyANr  
optics1210 2019-01-20 11:37
DOE设计，在SYNOPSYS中含多种DOE的设计功能。
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