SYNOPSYS 光学设计软件课程二十六：融会贯通

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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。 :)t1>y>3
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： j\f;zb?F
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 A5z`_b4f
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。

z<ptrH
    CORE 14 5G'X\iR
    DSEARCH 3 QUIET ,'m<um
-lRXH7|X
    SYSTEM 9yajtR
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS KR%p*Nh+C
    UNI MM v$p<6^kJ
    OBB 0 0.8 1.26 pY!@w0.
    WA1 0.9 0.77 0.64 0.51 0.38 P )_g t
    CORDER 3 1 5 iW+ZI6@
    END w'~f Z*
Ex^7`-2,B
    GOALS F'*y2FC
    ELEMENTS 8 Ui@Q&%b
    FNUM 0.7143 100 4&!`Yi_1L
    BACK 0 0 bk}.^m!
    TOTL 0 0 ])'22sY
    STOP FREE 4(& W>E
    COLORS M 8k2prv^
    RSTART 10 gsGwf[XdJ
    THSTART .25 0qnToV;
    ASTART 0.1 ]L^X}[SH
    RT 0.7 `]#DdJ_|
    OPD epJVs0W
    QUICK 50 50 9(QY~F
    ANNEAL 200 20 Q y'*^ '
    END Pan^@B=Q
Uxn_nh
    SPECIAL PANT =PP]LDlJs
    SLIMIT 100 0.1 ]$KyZHj{
H\W60|z9
    END z,87;4-
F]N9ZWn/
    SPECIAL AANT      ! SMALL ELEMENTS; CAN BE CLOSE TOGETHER小透镜; 可以一起关闭 `S2YBKz,1
p )etl5
    AEC .1 1 .05          ! edge monitor边缘探测器 .wtb7U;7
    ACM .1 1 .05          ! minimum element TH 透镜最小厚度 7C9qkQ Jqn
    ACC 8 1 0.5      ! maximum TH最大透镜TH D*|h c
    ACA 70 1 1           ! avoid critical-angle refraction避免临界角度折射 2.p7fu
    LUL 45 1 1 A TOTL ! limit track length 限制总长 `E8m>q Ss
    A BACK Z=|:D,&
    M 0.5 1 A BACK          ! want image clearance of 0.5mm l"*qj#FD
            想要0.5mm的图像间隙 T12?'JL^r
    M 0 1 A P YA 1 S GIHT          ! control distortion控制畸变 U O YM
    M 0 1 A P HH 1 END          ! and make telecentric 使其远离中心 cAM1\3HWT"
Os?G_ziIB
    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。

z2i?7)(?;A
    PANT puG$\D-[
    SLIM 100 0.1 ^DS9D:oE
        VY 0 YP1      ! let the program find the best stop position 让程序找到最佳光阑位置 ,+3l9FuQ
    VLIST RD ALL #*BcO-N
    VLIST TH ALL sI,T"D?
    END Wy.2*+5FX0
    AANT P YT+fOndjaF
    M   0.140000E+01  0.100000E+03 A CONST 1.0 / DIV FNUM "G)-:!H
    GSR     0.500000     1.000000      4  M    0.000000 Xt(w+
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    0.500000 36`aG Y
    GNR     0.500000     1.000000      4  M    1.000000 12gcma}
    AEC .1 1 .05 IVzJ|
    ACM .1 1 .05 L7el5Q!Y=
    ACC 8 1 0.5 l}j5EWe
    ACA 70 1 T;w%-k\<r
    LUL 45 1 1 A TOTL _}:9ic]e
    A BACK g05:A0X#
    M 0.5 1 A BACK uhSRl~tn
    M 0 1 A P YA 1 %L.,:mtq)
    S GIHT K%P$#a
    M 0 1 A P HH 1 \CM/KrCR
    END qXR>Z=K<
    SNAP 10 fKY6stJE
    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)

dy-m9fc6%
    GSEARCH 3 QUIET LOG tH,}_Bp
    SURF q]T{g*lT
    1 3 5 7 9 11 13 15 Pni
    END U=\ZeYK.
    NAMES y-m<&{q
    S N-PK52A F<Js"z+
    S N-F2 A1Ia9@=Mf
    S P-SF68 lO3$V JI
    END &Ey5 H?U!
    USE 3           ! 仅允许使用所有三种玻璃类型的情况 mw!D|
    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

mjO4GpG3
    GSEARCH 3 QUIET LOG N`1:U 4}
    SURF RMUR@o5N
    1 3 5 7 9 11 13 15 !4\`g?
    END kE;h[No&K
    NEAREST 3 P Y*/:IYr`
    S ,+-l1GpL
    END mYJ%gdTpo
_tTtq/z<
    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：

<^snS,06
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。

}R4%%)j(Vj
    FCO 0 u&yAMWl
    MFF };6[Byf
    ICOL M DP ,owk
    HBAR 0 .5 .75 1 T4dLuJl
    GBAR 0 0O<g)%Vz>
    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

649{\;*4
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

Ss6mN;&D
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/jHZP9
    RLE 8*z)aB&f3
    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS       50760 Y5?*=eM
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001011101     93 {`?C5<r
     FNAME 'DSEARCH07.RLE                                     ' 1><@$kVMm~
     MERIT   0.252142E-03 lVF}G[B
     LOG    50760 C^9G \s'
     WA1 .9000000 .7700000 .6400000 .5100000 .3800000 >a/]8A
     CORDER   3   1   5   2   4 ziZLw$)
     WT1 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 jo-jPYH T
     APS               1  UNITS MM ?#~3%$>
     OBB  0.000000      0.80000      1.26000     -0.14478      0.00000      0.00000      1.26000    0 AIR 8CCd6)cG
       1 RAD    -12.3575888493127   TH      8.00349843 Y3@\uM`2#
       1 N1 1.70683888 N2 1.71075605 N3 1.71661866 N4 1.72704962 N5 1.75095371 K8`Jl=}z%&
       1 CTE   0.568000E-05 Age
    1    GTB S    'N-LAK10         ' Ilt!O^
    2    RAD      5.6036307276255   TH      0.42904026 AIR V&nTf100
    3    RAD      8.4130780171013   TH      6.59790611 }]O* yFR{j
       3 N1 1.73259261 N2 1.73873215 N3 1.74890937 N4 1.76882390 N5 1.82136771 tuH8!.
       3 CTE   0.800000E-05 NqyKR&;
    3    GTB S    'SF4             ' #._%~}U
    4    RAD     -9.1818032305934   TH      5.54967141 AIR ;MRK*sfw{
    5    RAD    -56.1367087651872   TH      8.00224863 t6-He~
       5 N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514 w7Fz(`\
    5    GTB S    'N-LASF46B       ' 2?vjj:P+h
    6    RAD      4.8482482223468   TH      0.10000000 AIR ((KNOa5
    7    RAD      4.3440291976542   TH      1.00000148 +,oEcCi
       7 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013 "rxhS; R1>
       7 CTE   0.130100E-04 4}0DEH.Vx
    7    GTB S    'N-PK52A         ' 3B*b d
    8    RAD     -5.7980974504808   TH      0.10000000 AIR ( X(61[Lu
    9    RAD      3.1580916229850   TH      1.00865373 tc-pVw:TV
       9 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013    9 CTE   0.130100E-04 `Wc"Ix0
    9    GTB S    'N-PK52A         ' Q=B>Q
    10    RAD     -6.1466379437070   TH      0.12251679 AIR 8w,+Y]X<P[
    11    RAD     -5.2492188361156   TH      6.03606534 9)c{L<o}T
      11 N1 1.88762683 N2 1.89708892 N3 1.91293610 N4 1.94491007 N5 2.03856725 18`YY\u(
      11 CTE   0.590000E-05 ub/Z'!
    11    GTB S    'N-SF66          ' L@mNfLK
    12    RAD     -7.8896787646760   TH      0.10004337 AIR g+(Cs
    13    RAD      1.1618206771614   TH      1.00000000 x}^:Bs+j
    13    N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514   13 GTB S    'N-LASF46B       ' 0`WjM2So
    14    RAD      1.0699320226013   TH      0.49970566 AIR 'gBGZ?^N!U
      14 TH       0.49970566 e6G=Bq$
    14    YMT      0.00000000 " a&|{bv
    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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