SYNOPSYS 光学设计软件课程十九：DOE在现代镜头设计中的应用

ZK<kn8JJ
在本课中，我们将重新设计一个5片镜片的镜头，然后在某处添加衍射光学元件（DOE），查看是否可以改善其性能。 ?T-6|vZA
通过MDS对话框中的定义选项将创建一个MACro，它将运行DSEARCH命令，并填充所有数据。

该设计将输入F / 3.5，半视场角为25度，孔径为12毫米。我们选择使用SPECIAL AANT代码来控制后焦，这样可以使后焦长度大于22毫米。我们还要求主光线角度不能过大。
当我们单击OK 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）和一个数量为6的网格（因为非球面和DOE会导致高阶孔径像差）。

uV.3g 1m
    CORE 16 $,"{g<*k;
        DSEARCH 1  QUIET U*F|Z4{W
        SYSTEM 9frP`4<)
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY q+2yp&zF
        OBB 0 25 12 'SF+P)Kmz
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 (.\GI D+i
B;tU+36nM
        UNITS MM |,M&ks
        END 3;=nQ{0b
        GOALS h+F@apUS
        ELEMENTS 5 ;;'b;,/
        FNUM 3.5 8>a/x,
        BACK 0 0 n's3!HQY[
        TOTL 0 0 W Da;wt
        STOP MIDDLE [Z6]$$!#2
        STOP FREE <K!5N&vh
        RSTART 50 100 200 400 JoQzf~
        RT 0.5 BX$t |t;!m
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 l=*^FK]L`
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 -'+|r]
        NPASS 100 ])h={gI
        DELAY 9999 8[5%l7's
        NGRID 6 ie+&@u
        ANNEAL 200 20 Q jfF,:(P%W
        COLORS 3 TN3, \qgV
        SNAPSHOT 10 =Run
        QUICK 40 100 )%%RI_JT
        END WmLl.Vv=
        SPECIAL PANT |Axg}Q|
_H@s^g
        END Ga~N7
        SPECIAL AANT %~P]x7%|
        ACA 60 .1 1 `Yp\.K z
        ADT 6 .1 1 %lNWaA
        M 0 .01 A P HH 1 P$_Y:XI !
        LLL 22 1 1 A BACK 8,2l >S
        LUL 250 1 1 A TOTL \lHi=}0
    END e3YZ-w^W~h
    GO

我们要设计DOE曲面，需要选择五个视场进行校正。
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能将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。
我们运行这个MACro并且看到从DSEARCH返回的最好镜头，并不能满足我们的要求。

我们可以通过增加更多的镜片数来获得更好的结果 - 但是我们希望，通过将其中一个镜头，更改为DOE来改进我们的镜头。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。让我们来试试DOE。在顶部添加另一条MACro。（“ADA”表示自动DOE分配。）

A@*P4E`xp
    ADA 5 QUIET VpMpZ9oM<
*JGm
    PANT b_ Sh#d&
    VY 0 YP1 _dppUUm
    VLIST RD ALL Pgf$GXE
    VLIST TH ALL *{tn/ro6a
    VY   1 GLM FOpOS?Cr'
    VY   3 GLM !Jb?rSJ.h
    VY   5 GLM ? Ldw\
    VY   7 GLM V S2p"0$3D
    VY   9 GLM @]tFRV
    END R6dw#;6{I
    AANT P AEC cRz7.9-<
    ACC 1JgnuBX"
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 /MTS>[E
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 Q@%VJPLv.
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 G,>tC`!
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 %Z&[wU~
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 f[ GH
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 k='sI^lF
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 -Qo`UL.}
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 UY j
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 J/w?Fa<
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 #!h:w
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 aGNt?)8WPZ
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 h+zJ"\
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 bj(U?$
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 >!A&@1[M
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 EiI3$y3;
      ACA 60 .1 1 s['F?GWg
      M 0 .01 A P HH 1 e`4OlM]
      LLL 22 1 1 A BACK /YHBhoat
      LUL 250 1 1 A TOTL n?&G>`u*
    END 3s\2 9gq
    SNAP/DAMP 1 v[CX-CBZ?
    SYNOPSYS   40

该程序发现表面1使用DOE效果最好。

f'Wc_L)
command ASY shows the data of this DOE. 0KnlomuH2
$ePAsJ
SPECIAL SURFACE DATA Mp?Ev.
______________________________________________________________________________ L|S#(0
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) "vH@b_>9|
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 v;el= D
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 Ha$|9li`
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 !fwLC"QC
DIFFRACTION ORDER:        -1 +%eMm.(
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) Cv{rd##Y8
XD 13  5.395981E-06 (R**6)  XD 14  6.889557E-06 (R**8)

我们尝试增加第二个DOE。将变量添加到DOE项的PANT文件中，

J\_tigd
    VY 1 G 16 #E5#{bra
    VY 1 G 26 6aCAz2/
    VY 1 G 27 ; z:}OD
    VY 1 G 28 j!&g:{ e
    VY 1 G 29

然后再次运行MACro。这次它需要表面9面型变成DOE。

评价函数会有很大改进。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。（我们注销ADA命令，所以没有得到第三个DOE！）

=4 &9!Z
    !ADA 5 QUIET Niou=PI@
`iv,aQ '
    PANT +q) ^pCC
    VY 0 YP1 RJnRbaC
    VLIST RD ALL @luv;X^%
    VLIST TH ALL p8[Z/]p
    VY   1 GLM J.?6a:#bU/
    VY   3 GLM *M/3 1qI
    VY   5 GLM +?*,J=/
    VY   7 GLM zjM+F{P8
    VY   9 GLM ?b2"~A
1 W2AE?
    VY 1 G 16 (J\"\#/d
    VY 1 G 26 l *yml
    VY 1 G 27 MCe=RR
    VY 1 G 28 h<6@&yzp
    VY 1 G 29 `DC)U1
    VY 1 G 30 }c|Xr^
    VY 1 G 31 3@KX|-
    VY 1 G 32 -2K`:}\y&
h/V0}|b
    VY 9 G 16 ZR6KE_
    VY 9 G 26 $?(fiFC
    VY 9 G 27 -"\z|OQ
    VY 9 G 28 ;wp)E nF
    VY 9 G 29 }7X85@jC
    VY 9 G 30 /tJJ2 =%l
    VY 9 G 31 p/cVQ
    VY 9 G 32 {#zJx(2yG
    END 87>\wUJ
    …

现在我们再次运行它，然后模拟退火。

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）思考我们需要多少球面元件来获得这种质量，您可以自己尝试练习。

n_v|fxF1
    RLE B<H5WI
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 %S]5wR6;_
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 |mc!v*O
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 H^B/ '#mO
     APS               1  UNITS MM ,N<xyx.
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR g(,gg1mG
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 PE]jYyyHtU
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 #Ji&.T^U/
     CWAV        0.587600 7 H.2]X
     HIN        1.517000       55.000000 D5]T.8kX(7
       RNORM    61.6138 +K; X$kB
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 yg5Ik{
       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 ,-vbR&
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 QApil
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR Z81]>
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 !n}"D:L(
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 mG1=8{o^
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR cIw)ScY
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 <FRYt-+
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 bs kG!w
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR C^2Tql
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 -Z-|49I/mN
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 &+xNR2";
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR {Ymn_
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 {qp XzxV
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 ,&Gn7[<
       9 USS  16 Eii)zo8Xd
     CWAV        0.587600 dTB^6>H
     HIN        1.517000       55.000000 nkG1&wiX
       RNORM    17.8887 jRmv~]
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 [as\>@o
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 `&LPqb
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 \@N8[
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 f2`[skNj
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR _<+!
      10 CV      -0.00643491 ^r?ZrbSbz
      10 UMC     -0.14285714 &j<B22t!
      10 TH     127.09309610 ?R(fxx
    10    YMT      0.00000000 %u,H2*
    11    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  END

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：

这是表面9的轮廓

第二个可能对加工厂是一项挑战。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。

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。正如您所见，SYNOPSYS™的ADA功能处于领先地位。

asdoptics	2019-03-03 21:56
优秀文章，支持！

xyk1	2021-08-09 17:56
感觉很棒，谢谢分享

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