SYNOPSYS 光学设计软件课程十九：DOE在现代镜头设计中的应用

#z(JYw,
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。 v/1&V+"^kd
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）。

7H,p/G?]k
    CORE 16 Vm3e6Y,K
        DSEARCH 1  QUIET |afzW=8'
        SYSTEM C>A*L4c]F
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY r@|{mQOxa
        OBB 0 25 12 G`Ix-dADJm
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 !awsQ!e|
bOY<C%;C
        UNITS MM ulqh}Uv'
        END o<J_?7c~}
        GOALS FHoY=fCI
        ELEMENTS 5 Gtyy^tz[
        FNUM 3.5 dx<KZR$!V
        BACK 0 0 nMBKZ
        TOTL 0 0 SLj2/B0
        STOP MIDDLE ]jkaOj
        STOP FREE EYLqg`2A
        RSTART 50 100 200 400 qYwEPGa\
        RT 0.5 Zn-F!Lsv
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 |q( .j4[i
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 @~Uu]1
        NPASS 100 IM^K]$q$47
        DELAY 9999 5LIbHSK
        NGRID 6 H7I&Ky
        ANNEAL 200 20 Q j;3hQOl
        COLORS 3 NrNxI'MG
        SNAPSHOT 10 byyzXRO;
        QUICK 40 100 a$7}41F[~s
        END Z2%ySO
        SPECIAL PANT i6.HR?n
&B;M.sz~C4
        END figCeJ!W4
        SPECIAL AANT }8zw| (GR,
        ACA 60 .1 1 'f?=ks<
        ADT 6 .1 1 b/yXE)3 X
        M 0 .01 A P HH 1 C5W} o:jE
        LLL 22 1 1 A BACK ;QiSz=DyA
        LUL 250 1 1 A TOTL RTEzcJ>
    END AWXBk+
    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。）

|$)+h\h
    ADA 5 QUIET ;mi+[`E
`u *:wJsv
    PANT @u.%z# h"1
    VY 0 YP1 &2,0?ra2&
    VLIST RD ALL Ag6^>xb^
    VLIST TH ALL ZbZCW:8>k
    VY   1 GLM ;:Yz7<>Y,
    VY   3 GLM AMm)E
    VY   5 GLM 9A-=T>|of
    VY   7 GLM 3g#
    VY   9 GLM 0+vt LDq@P
    END Y >83G`*}b
    AANT P AEC : }q~<
    ACC z|^+uL
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 &t1Uk[
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 m"r=p
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 [s"e?Qee
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 {tN?)~ZQ
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 >[D(<b(U&
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 whoQA}X>
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 }%@q; "9`
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 !97k
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 k'(eQ5R3L
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 e[:i`J2
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 bS!4vc1`2
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 J'=iEI
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 Ei Yj`P
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 65>1f
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 8vK$]e36
      ACA 60 .1 1 UrP jZ:K'
      M 0 .01 A P HH 1 T"tR*2HwSd
      LLL 22 1 1 A BACK EJz?GM
      LUL 250 1 1 A TOTL z :q9~
    END +'@j~\>^yJ
    SNAP/DAMP 1 k-zkb2
    SYNOPSYS   40

该程序发现表面1使用DOE效果最好。

`> :^c
command ASY shows the data of this DOE. gpe/dfyJ9
{wNNp't7
SPECIAL SURFACE DATA H E'1Wa0r
______________________________________________________________________________ xX5EhVR
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) #AN]mH
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 v"K #
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 E;vF :?|
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 ~:ldGfb|
DIFFRACTION ORDER:        -1 e0nr dM[i
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) ; { MK
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，

yG ,oSp|
    VY 1 G 16 &-hz&/A,
    VY 1 G 26 I/HcIBJ
    VY 1 G 27 s;9>YV2at
    VY 1 G 28 8=Z]?D=
    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！）

RaBq@r*(
    !ADA 5 QUIET MB:VACCr
3%NbT
    PANT M`=bJO:
    VY 0 YP1 O9_S"\8]@
    VLIST RD ALL 3SMb#ce*o
    VLIST TH ALL GcpAj9
    VY   1 GLM {$ (X,E
    VY   3 GLM %_>+K;<
    VY   5 GLM kR1dk4I4
    VY   7 GLM Z6F^p8O-
    VY   9 GLM M#U#I:z%
\LI 2=J*
    VY 1 G 16 ifYC&5}SI
    VY 1 G 26 =/6rX"\P
    VY 1 G 27 AvxP0@.`
    VY 1 G 28 RhPEda2
    VY 1 G 29 <8SRt-Cr
    VY 1 G 30 TlA*~HG<Q
    VY 1 G 31 M*xt9'Yd
    VY 1 G 32 p^(gXzW
bTrQ(qp
    VY 9 G 16 ,]\:]Y&?
    VY 9 G 26 U&\2\z3{
    VY 9 G 27 fho$:S
    VY 9 G 28 |*5QFp
    VY 9 G 29 !K~L&.\T
    VY 9 G 30 Og8'K=O#
    VY 9 G 31 2o\GU
    VY 9 G 32 )HFl 0[vT
    END xwm-)~L4T
    …

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。

uINm>$G,5
    RLE 82q_"y>6
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 FX6*`
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 J(s%"d
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 a BHV
     APS               1  UNITS MM 1q&gTvIp
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR 3o>.Z;
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 R\+O.vX
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 a33SY6.
     CWAV        0.587600 ;44?`[oP
     HIN        1.517000       55.000000 2Y2J)5,
       RNORM    61.6138 bO:m^*
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 vcsMU|GGh
       1 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00    1 XDD  3   1.6576954E+01 -1.5772577E+02  5.5355850E+02 -1.2824350E+03  2.0288263E+03 yU"'h[^
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 .).*6{_
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR ,XZ[L? >
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 n* 7mP
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 2qY+-yOEt
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR z3lMD'uU3
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 wU|Y`wJmF
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 9m:qQ1[\
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR ;h }^f-
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 QCI-YJ&o
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 R^i8AbFW
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR -bq\2Yc$]
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 o#IQz_
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 A^a9,T
       9 USS  16 vT7ei"~&u
     CWAV        0.587600 n<x NE%
     HIN        1.517000       55.000000 fR4O^6c:
       RNORM    17.8887 [P*w$Hn
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 x4HVB
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 L'>t:^QTh
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 `B^HW8
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 m>@$T x
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR `_+j+
      10 CV      -0.00643491 L%7?o:
      10 UMC     -0.14285714 h.\9a3B:r
      10 TH     127.09309610 [}/\W`C
    10    YMT      0.00000000 igV4nL
    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

查看本帖完整版本: [-- SYNOPSYS 光学设计软件课程十九：DOE在现代镜头设计中的应用 --] [-- top --]