SYNOPSYS 光学设计软件课程二十六：融会贯通

K T%i,T
hLCsQYNDU
在本课中，我们将进行一项高难度的镜头设计任务，该任务将包含您在之前课程中学到的许多强大功能。 3@%BA(M
这种镜头须在0.38到0.9微米的波长范围内工作。此外，我们希望镜头光圈数F / 0.714。以下是要求： ]U#JsMS
1. 光源在无穷远处，0.8度半视场，1.26毫米半孔径。 2. 光谱范围0.38至0.9微米。 3. F/number 0.714 4. 总长不超过45毫米。 5. 良好的畸变校正。 6. 像方远心。 7. 无薄边边缘，中心厚度不超过8毫米 rGGS]^
这个任务可能需要10个镜片，但是我们想逐渐增加镜片。我们为DSEARCH设置了输入，要求提供8个镜片的透镜。这将为我们提供一些潜在的初始结构，一旦我们看到事情的进展，就可以根据需要增加复杂性。由于光谱范围很宽，我们选择指定五个波长而不是通常的三个波长，以避免中间波长的误差。

e_tZja2s
    CORE 14 $HP/cKu
    DSEARCH 3 QUIET 9$n+-GSK
|)~Ex 9%ev
    SYSTEM ~D$#>'C#
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS +0pgq (
    UNI MM j'#)~>b
    OBB 0 0.8 1.26 {H/8#y4qp&
    WA1 0.9 0.77 0.64 0.51 0.38 tuX =o
    CORDER 3 1 5 &IIJKn|_
    END pW`ntE#L
<.y;&a o
    GOALS 't||F1X~J
    ELEMENTS 8 v/QEu^C
    FNUM 0.7143 100 )zo#1$C-
    BACK 0 0 ^U R-#WaQ
    TOTL 0 0 &Xj{:s#
    STOP FREE oUnq"]
    COLORS M `M towXj
    RSTART 10 #i'C
    THSTART .25 U&tfl/
    ASTART 0.1 \65vfE~ O
    RT 0.7 (jD'+ "?
    OPD v)wY
    QUICK 50 50 !3O,DhH>MC
    ANNEAL 200 20 Q @2-Hj~
    END V,99N'o~x
"H wVK
    SPECIAL PANT z36brv<_'p
    SLIMIT 100 0.1 R (+h)#![
oAIY=z
    END 4f_ZY5=
z(8)1#(n7
    SPECIAL AANT      ! SMALL ELEMENTS; CAN BE CLOSE TOGETHER小透镜; 可以一起关闭 we6+2
O6*'gnke
    AEC .1 1 .05          ! edge monitor边缘探测器 5P5A,K
    ACM .1 1 .05          ! minimum element TH 透镜最小厚度 :mCw.Jz<h
    ACC 8 1 0.5      ! maximum TH最大透镜TH uK+9gTv
    ACA 70 1 1           ! avoid critical-angle refraction避免临界角度折射 1R^XWAb
    LUL 45 1 1 A TOTL ! limit track length 限制总长 ~z-?rW
    A BACK +xoyKP!
    M 0.5 1 A BACK          ! want image clearance of 0.5mm pe`TH::p
            想要0.5mm的图像间隙 ?0 KiR?
    M 0 1 A P YA 1 S GIHT          ! control distortion控制畸变 =%:n0S0C"
    M 0 1 A P HH 1 END          ! and make telecentric 使其远离中心 D;16}D
^+.+IcH
    GO

运行这个文件，在不到一分钟的时间内获得一个不错的起点。 DSEARCH为我们创建了一个优化MACro，在运行它然后运行了几个周期后，我们得到了这个设计：

由于色差校正将是一个挑战，下一步是找到一些有可能制造“超消色差”的透镜。使用命令MGT打开玻璃库，选择Schott玻璃库，单击图形按钮，然后选择底部选项，以绘制P *与P **。需要三种玻璃在一条长线上。按住单击镜片P-SF68，它定义了线的底部，然后单击镜片N-PK52A，定义顶部。

看到玻璃N-F2吗?它在线的中心附近。这给了三种类型的玻璃，但是我们还不知道该给哪个透镜赋值。不要担心:GSEARCH可以告诉我们。
接下来创建两个文件。第一个是普通的优化文件。使用DSEARCH为我们很好地创建的MACro，删除GLM变量并请求40次运行。如果上述玻璃组合导致光线追迹失败，，须要求优化程序运行自动光线故障修复程序。

kx;xO>dC
    PANT sK""
    SLIM 100 0.1 XZUB*P}]D
        VY 0 YP1      ! let the program find the best stop position 让程序找到最佳光阑位置 y{&{=1#
    VLIST RD ALL k8Su/U
    VLIST TH ALL 46Y7HTwE
    END 8o%<.]
    AANT P |g: '')>[
    M   0.140000E+01  0.100000E+03 A CONST 1.0 / DIV FNUM (FjsN5
    GSR     0.500000     1.000000      4  M    0.000000 Kd AR)EU>
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    0.500000 .>AFf9P
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    1.000000 o}r!qL0c
    AEC .1 1 .05 di)noQXkB-
    ACM .1 1 .05 Xv? S
    ACC 8 1 0.5 S+Yy
    ACA 70 1 WNF=NNO-R
    LUL 45 1 1 A TOTL W[jW;uk
    A BACK ?-(w][MT\
    M 0.5 1 A BACK .5Z,SGBf
    M 0 1 A P YA 1 dcrJ,>i}
    S GIHT ;ZE<6;#3IP
    M 0 1 A P HH 1 Ca`/t8=
    END lyOrM7Gs
    SNAP 10 eJVOVPg<,
    SYNOPSYS 40 0 FIX 30

我们保存文件并命名为GSOPT.MAC，因此会产生第二个宏去驱使GSEARCH运行我们想要的结果。(L26M3)

VfE^g\Ia
    GSEARCH 3 QUIET LOG CwH)6uA
    SURF Bcd0
    1 3 5 7 9 11 13 15 Hjo:;s
    END =5s~$C
    NAMES U#FJ8CD&u
    S N-PK52A :`Zl\!]E`o
    S N-F2 p[k9C$@e}
    S P-SF68 rt\<nwc
    END nfd?@34"A2
    USE 3           ! 仅允许使用所有三种玻璃类型的情况 u}@%70A
    GO

然后我们运行这个文件。
我们得到的结果如下：

这已经接近要求 - 但让我们尝试其他的东西。超消色差的理论适用于薄透镜，并且这些薄透镜不是很薄。回到DSEARCH的结果，这一次要求GSEARCH从Schott目录中找到相应玻璃，与目前的玻璃相差不远。将GSEARCH MACro更改为

ek0;8Ds9
    GSEARCH 3 QUIET LOG Jb)eC?6O
    SURF yW6[Fpw
    1 3 5 7 9 11 13 15 Sj]T{3mi
    END 40l#'< y;
    NEAREST 3 P yrK--C8
    S Jz:W-o
    END *{D:1S
s_Ge22BZ
    GO

然后再次运行它。结果更好，如下所示。

我们是否可以用更少的透镜来达到我们的目的?使用自动透镜删除功能很容易找到。在优化MACro的顶部添加一个新的命令行：

>FMT#x t
AED 3 QUIET 1 16

并再次运行它。程序检测到您可以删除透镜5。点击OK（删除该透镜），从MACro中删除AED行，然后重新优化并模拟退火。现在你得到了这个：

只需要七个镜片！让我们来看看MTF效果。

t2-zJJf8
    FCO 0 OD@@O9
    MFF 5+Zx-oWq_
    ICOL M iHG:W wM&
    HBAR 0 .5 .75 1 k~s>8N:&G
    GBAR 0 9|kEq>d
    PLOT

让我们看看后焦点位置与波长的函数。输入AI句子
我们完成了吗？让我们看看后焦点位置与波长的函数有多稳定。输入AI句子

Zn*CJNB
PLOT BACK FOR WAVL = .38 TO .9

在这个宽谱范围内，近轴焦点位置仅变化约0.6 uM。是的，这是一个很好的镜头！在你真正制作镜头之前，请将光阑移动到表面5 - 但这对于本课来说已经足够了。您可以看到SYNOPSYS如何轻松应对这一具有挑战性的问题。
如果七个镜片的结果不够好怎么办？那么，您可以尝试自动透镜插入功能，添加该命令行

u>i+R"hi"
AEI 3 1 14 CONLY 100 1 10 50

到MACro的顶部。这将在所有当前镜头的每一侧依次添加胶合透镜，然后返回最佳效果的组合。使用这些工具，您可以选择其中一种方式如果您还想尝试空气间隔，请将CONLY更改为CEMENT。然后他们也将进行测试。
如果我们在P * -P **图上选择不同的行，会发生什么？这会给我们三种不同的玻璃尝试。在尝试之前，你永远不会知道还有什么可能比这更好。
当你拥有如此多的强大工具时，探索其他组合很有趣并且往往是有益的。
如果你想了解我们优秀镜头的属性，这里是RLE文件：

Y|N vBr
    RLE ,tv9+n@x
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS       50760 2.L6]^N p(
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001011101     93 &u`rE""
     FNAME 'DSEARCH07.RLE                                     ' yW=hnV{
     MERIT   0.252142E-03 6_}){ZR
     LOG    50760 ~aq?Kk
     WA1 .9000000 .7700000 .6400000 .5100000 .3800000 CH_Dat>
     CORDER   3   1   5   2   4 Z$=$oJzB
     WT1 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 IOES3
     APS               1  UNITS MM `q{'_\gVt(
     OBB  0.000000      0.80000      1.26000     -0.14478      0.00000      0.00000      1.26000    0 AIR _(s|Q
       1 RAD    -12.3575888493127   TH      8.00349843 AiHDoV+-
       1 N1 1.70683888 N2 1.71075605 N3 1.71661866 N4 1.72704962 N5 1.75095371 wk <~Y 3u
       1 CTE   0.568000E-05 xbH!:R;
    1    GTB S    'N-LAK10         ' f!kdcr=/"
    2    RAD      5.6036307276255   TH      0.42904026 AIR mt6uW+t/
    3    RAD      8.4130780171013   TH      6.59790611 xA1pDrfC/
       3 N1 1.73259261 N2 1.73873215 N3 1.74890937 N4 1.76882390 N5 1.82136771 DBrzw+;e3
       3 CTE   0.800000E-05 mbG^fy'
    3    GTB S    'SF4             ' :bF2b..XOu
    4    RAD     -9.1818032305934   TH      5.54967141 AIR m_ONsZHy
    5    RAD    -56.1367087651872   TH      8.00224863 X1PlW8pd
       5 N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514 .$}zw|,q
    5    GTB S    'N-LASF46B       ' g<0%-p
    6    RAD      4.8482482223468   TH      0.10000000 AIR i@?<]n
    7    RAD      4.3440291976542   TH      1.00000148 2i'-lM=
       7 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013 R\=\6("
       7 CTE   0.130100E-04 z8[|LF-dx
    7    GTB S    'N-PK52A         ' (V%vFD1)
    8    RAD     -5.7980974504808   TH      0.10000000 AIR -EIMh^
    9    RAD      3.1580916229850   TH      1.00865373 Gg,k
       9 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013    9 CTE   0.130100E-04 d1_*!LW$
    9    GTB S    'N-PK52A         ' qf&{O:,Z
    10    RAD     -6.1466379437070   TH      0.12251679 AIR #UnO~IE.m$
    11    RAD     -5.2492188361156   TH      6.03606534 _I"<?sh3
      11 N1 1.88762683 N2 1.89708892 N3 1.91293610 N4 1.94491007 N5 2.03856725 hQLx"R$
      11 CTE   0.590000E-05 #Lt+6sa]2@
    11    GTB S    'N-SF66          ' "YU~QOGx@
    12    RAD     -7.8896787646760   TH      0.10004337 AIR X1QZEl
    13    RAD      1.1618206771614   TH      1.00000000 $<DA[ %pv
    13    N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514   13 GTB S    'N-LASF46B       ' 'Bn_'w~j{
    14    RAD      1.0699320226013   TH      0.49970566 AIR 6D]G*gwk[
      14 TH       0.49970566 >N"PLSY1
    14    YMT      0.00000000 v8(u9V%?6
    15    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  END

你认为你可以通过不同的镜头设计程序快速找到这种设计吗？我们不这么认为。尝试一下，如果它成功的话，让我们知道它花了多长时间。

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