SYNOPSYS 光学设计软件课程二十六：融会贯通

-pQ0,/}K
iThf\
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。 wvH*<,8Vq
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： k>#-NPU$
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 d6A+pa'2
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。

=g)SZK
    CORE 14 uf`/-jY
    DSEARCH 3 QUIET "F?p Y@4
>~uKkQ_p
    SYSTEM *a`_,Q{x
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS E :UJ"6
    UNI MM d V3R)
    OBB 0 0.8 1.26 o:@A%*jg
    WA1 0.9 0.77 0.64 0.51 0.38 G4"n`89LK
    CORDER 3 1 5 Hm_&``='
    END Rc}#4pM8
nzKlue
    GOALS p+Fh9N<F9
    ELEMENTS 8 1t7T\~+F
    FNUM 0.7143 100 :~~\{fm
    BACK 0 0 DK<}q1xi
    TOTL 0 0 V# JuNJ
    STOP FREE $~r=I[5'(
    COLORS M J:\O .F#Fi
    RSTART 10 jNAboSf2Y
    THSTART .25 )Hqn
    ASTART 0.1 _ Uv3glK
    RT 0.7 <\L=F8[
    OPD VKy3tW/_&
    QUICK 50 50 _:G>bU/^
    ANNEAL 200 20 Q (~^KXJ{->
    END xS_tB)C
gO bP
    SPECIAL PANT Xnxb.{C
    SLIMIT 100 0.1 RY~mQ
Kj+TPqXb
    END ||#+ ^p7G
M"8?XD%
    SPECIAL AANT      ! SMALL ELEMENTS; CAN BE CLOSE TOGETHER小透镜; 可以一起关闭 t=n@<1d
#$JY&!M
    AEC .1 1 .05          ! edge monitor边缘探测器 /%P,y+<}iG
    ACM .1 1 .05          ! minimum element TH 透镜最小厚度 OmaG|2u
    ACC 8 1 0.5      ! maximum TH最大透镜TH df9$k0Fx
    ACA 70 1 1           ! avoid critical-angle refraction避免临界角度折射 da$ErN'{
    LUL 45 1 1 A TOTL ! limit track length 限制总长 }QJ6"s
    A BACK /+f3jy:d
    M 0.5 1 A BACK          ! want image clearance of 0.5mm !D9V9p
            想要0.5mm的图像间隙 78E<_UgcB
    M 0 1 A P YA 1 S GIHT          ! control distortion控制畸变 J_&G\b.9/
    M 0 1 A P HH 1 END          ! and make telecentric 使其远离中心 !H`uN
|@dY[VK>
    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。

*YWk.
    PANT 0y=lf+xA*
    SLIM 100 0.1 O_&Km[
        VY 0 YP1      ! let the program find the best stop position 让程序找到最佳光阑位置 um$L;-2:
    VLIST RD ALL 19i[DR
    VLIST TH ALL <is%lx(GDX
    END Pol c.
    AANT P h5@JS1cY
    M   0.140000E+01  0.100000E+03 A CONST 1.0 / DIV FNUM @;{iCVW
    GSR     0.500000     1.000000      4  M    0.000000 <nF1f(ky
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    0.500000 qZX\riR
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    1.000000 %>,Kd6bdg
    AEC .1 1 .05 Cx ;n#dn*
    ACM .1 1 .05 t<znz6
    ACC 8 1 0.5 T$4Utd5[z'
    ACA 70 1 $e,'<Jl
    LUL 45 1 1 A TOTL s6_[H
    A BACK >('Z9<|r:
    M 0.5 1 A BACK NV9H"fI
    M 0 1 A P YA 1 o*s3"Ib
    S GIHT \Gy+y`
    M 0 1 A P HH 1 \>
    END >FReGiK$T
    SNAP 10 CM+/.y T
    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)

.0]Odf:@
    GSEARCH 3 QUIET LOG (J`EC
    SURF ehQ~+x
    1 3 5 7 9 11 13 15 /` 4B-Y4M4
    END *x&y24
    NAMES Nrk/_0^
    S N-PK52A D,, x<JG|
    S N-F2 R5MY\^H/A
    S P-SF68 b "5WsJ:'#
    END "9!CsloWhz
    USE 3           ! 仅允许使用所有三种玻璃类型的情况 ^I6GH?19>e
    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

|%5nV=&\
    GSEARCH 3 QUIET LOG firiYL"=44
    SURF `i3fC&?C
    1 3 5 7 9 11 13 15 5gY9D!;:0D
    END VHTr;(]hk
    NEAREST 3 P 'A9U[|
    S is}Y+^j.
    END =j S
2?\L#=<F
    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：

~[4zm$R^
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。

uM('R;<^
    FCO 0 >X-*Hu'U#
    MFF -XARew
    ICOL M =CjN=FM
    HBAR 0 .5 .75 1 QLe<).S1B2
    GBAR 0 Shb"Jc_i
    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

Gu@Znh-D
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

#~`]eM5`J
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：

R SqO$~
    RLE :T#"bY
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS       50760 x$Tf IFy
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001011101     93 caC(KK#<
     FNAME 'DSEARCH07.RLE                                     ' %H'*7u2
     MERIT   0.252142E-03 (GI]Uyn
     LOG    50760 cWNWgdk,`V
     WA1 .9000000 .7700000 .6400000 .5100000 .3800000 %e'Z.vm
     CORDER   3   1   5   2   4 rE&+fSBD
     WT1 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 uw`fC%-xh
     APS               1  UNITS MM '`fz|.|cbB
     OBB  0.000000      0.80000      1.26000     -0.14478      0.00000      0.00000      1.26000    0 AIR zaoC
       1 RAD    -12.3575888493127   TH      8.00349843 yCG<qQz
       1 N1 1.70683888 N2 1.71075605 N3 1.71661866 N4 1.72704962 N5 1.75095371 #Bgq]6G2
       1 CTE   0.568000E-05 hpOUz%
    1    GTB S    'N-LAK10         ' lc2RMu
    2    RAD      5.6036307276255   TH      0.42904026 AIR y OLqIvN
    3    RAD      8.4130780171013   TH      6.59790611 t?:Q
       3 N1 1.73259261 N2 1.73873215 N3 1.74890937 N4 1.76882390 N5 1.82136771 Jh)K0>R
       3 CTE   0.800000E-05 -!b@\=
    3    GTB S    'SF4             ' bD;c>5t
    4    RAD     -9.1818032305934   TH      5.54967141 AIR +Jv*u8T'
    5    RAD    -56.1367087651872   TH      8.00224863 ,,KGcDBj
       5 N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514 =j{r95)|u
    5    GTB S    'N-LASF46B       ' .a *^6TC.
    6    RAD      4.8482482223468   TH      0.10000000 AIR 0x/3Xz
    7    RAD      4.3440291976542   TH      1.00000148 #\)tz z
       7 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013 uepL"%.@7|
       7 CTE   0.130100E-04 @Xb>GPVe#L
    7    GTB S    'N-PK52A         ' ,dO$R.h
    8    RAD     -5.7980974504808   TH      0.10000000 AIR ;&%G)f
    9    RAD      3.1580916229850   TH      1.00865373 d$(>=gzBQ
       9 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013    9 CTE   0.130100E-04 SS/t8Y4W
    9    GTB S    'N-PK52A         ' hfuGCD6F`
    10    RAD     -6.1466379437070   TH      0.12251679 AIR Vdz(\-}ao
    11    RAD     -5.2492188361156   TH      6.03606534 9M$N>[og
      11 N1 1.88762683 N2 1.89708892 N3 1.91293610 N4 1.94491007 N5 2.03856725 t[-0/-4
      11 CTE   0.590000E-05 ';hTGLq\X
    11    GTB S    'N-SF66          ' p&#*
    12    RAD     -7.8896787646760   TH      0.10004337 AIR WgK|r~
    13    RAD      1.1618206771614   TH      1.00000000 AZTn!hrU
    13    N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514   13 GTB S    'N-LASF46B       ' bb^$]lT'
    14    RAD      1.0699320226013   TH      0.49970566 AIR =!cI@TI
      14 TH       0.49970566 +$x;FT&
    14    YMT      0.00000000 A->y#KQ
    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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