SYNOPSYS 光学设计软件课程十九：DOE在现代镜头设计中的应用

V:M$-6jv
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。 ^y@RfM=A
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）。

KFCL|9P
    CORE 16 'xNPy =#
        DSEARCH 1  QUIET *>Z|!{bI
        SYSTEM 8S&Kf>D
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY ap;tggi(H
        OBB 0 25 12 _":yUa0D
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 5xZ*U
$}d| ~q\
        UNITS MM A>"v1Wk
        END Zk+J=Cwq}
        GOALS ILt95l
        ELEMENTS 5 SnK j:|bV
        FNUM 3.5 F+;{s(wx
        BACK 0 0 39;Z+s";
        TOTL 0 0 ?^z!yD\
        STOP MIDDLE xO2S|DH{
        STOP FREE h&7]Bp
        RSTART 50 100 200 400 sPCp20x:y8
        RT 0.5 Gt&x<
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 CIt>D'/YT
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 Bp3%*va
        NPASS 100 NIeKS_ +
        DELAY 9999 ({3hX"C@Q
        NGRID 6 Az.k6)~
        ANNEAL 200 20 Q G Q&9b_
        COLORS 3 iSTr;>A
        SNAPSHOT 10 R5LzqT,/N:
        QUICK 40 100 _(J7^rN
        END ; 6Wlu3I
        SPECIAL PANT C24[brf
!F0MLvdX7^
        END %?^T^P
        SPECIAL AANT } d /5_X
        ACA 60 .1 1 6KiI3%y?0
        ADT 6 .1 1 @Taj++ua
        M 0 .01 A P HH 1 /#Y)nyE
        LLL 22 1 1 A BACK uLYz!E+E
        LUL 250 1 1 A TOTL Dc |!H{Yr
    END U;n$
    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。）

`fEB,0j^
    ADA 5 QUIET \oF79
"|CzQ&e
    PANT #5GIO
    VY 0 YP1 C+-GE9=
    VLIST RD ALL JGPLVw
    VLIST TH ALL Gx?p,Fj
    VY   1 GLM 3kFOs$3
    VY   3 GLM 0$3\DS<E
    VY   5 GLM 16MRLDhnD
    VY   7 GLM NLFSw
    VY   9 GLM ;aBK4<-vl
    END @NGK2J
    AANT P AEC (#* 7LdZ
    ACC W=M`Bkw{
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 l%*KBME
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 <va3Ly)c&
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 7N"$~UfC
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 5EDN 9?a
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 &^e%gU8!\
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 k"|4 LPv[
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 X l#P@60
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 JqTkNKi/s
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 2g1[E_?
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 zyTP|SXk
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 x[7jm"Pz
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 e Ll+F%@
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 *,hS-
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 t3K7W2bz
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 0Vv6B2<
      ACA 60 .1 1 x\r7q
      M 0 .01 A P HH 1 D/jB.
      LLL 22 1 1 A BACK S(](C
      LUL 250 1 1 A TOTL T1hr5V<U
    END IlsXj`!e
    SNAP/DAMP 1 2#l<L>#
    SYNOPSYS   40

该程序发现表面1使用DOE效果最好。

tWQ_.,ld
command ASY shows the data of this DOE. LziEF-_
g1VdP[Y#
SPECIAL SURFACE DATA S?nk9T+
______________________________________________________________________________ yC !`6$
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) B7(~m8:eH7
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 xRYL{+
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 4k_&Q?1
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 pkpD1c^
DIFFRACTION ORDER:        -1 r(iT&uz
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) !Uz{dFJf;
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，

$A"kHS7T
    VY 1 G 16 #pP4\n-~hU
    VY 1 G 26 jW*|Mu>2
    VY 1 G 27 9Y!N\-x`
    VY 1 G 28 1o)@{x/pd
    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！）

}r$&"wYM
    !ADA 5 QUIET *LpEH,J
!!Z#'Wq
    PANT zWpJ\/k~
    VY 0 YP1 )orVI5ti
    VLIST RD ALL )&]gX
    VLIST TH ALL ~K}iVX
    VY   1 GLM M*FUtu
    VY   3 GLM sS;6QkI"y
    VY   5 GLM C( 8i0(1
    VY   7 GLM j_*$Avy
    VY   9 GLM [G2@[CtY1
6nh!g
    VY 1 G 16 MTo<COp($
    VY 1 G 26 bh|M]*Pq
    VY 1 G 27 "MHm9D?5
    VY 1 G 28 B.CUk.
    VY 1 G 29 \7PPFKS
    VY 1 G 30 |D+"+w/
    VY 1 G 31 z<aBGG
    VY 1 G 32 $Llv6<B
Qd;P?W6
    VY 9 G 16 >p#`%S
    VY 9 G 26 eqbQ,, &
    VY 9 G 27 1O@ qpNm
    VY 9 G 28 m3W:\LTTp
    VY 9 G 29 eJA$J=^R;
    VY 9 G 30 nVkx Q?2
    VY 9 G 31 ^Pl(V@
    VY 9 G 32 %@ UH,Ew
    END |U{9Yy6p
    …

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。

eKjmU| H
    RLE r09gB#K4
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 {$D[l hj
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 j8n_:;i*
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 nZZNx
     APS               1  UNITS MM xIu#
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR :T^!<W4
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 U-Ia$b-5!
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 0_'(w;!wq:
     CWAV        0.587600 zh`!x{Z?^
     HIN        1.517000       55.000000 ~C[p}MED
       RNORM    61.6138 6. N?=R
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 eewhT^
       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 '%Og9Bgd+
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 fkf69,+"]
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR n@5Sp2p
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 E;!pK9wL|
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 PL$*)#S"$
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR e_'/4 n
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 y/=:F=H@w
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 'a.n
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR mGx!{v~i&
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 \f| Hk*@
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 U%%fKL=S
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR W0e+yIaR
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 ?LJ$:u
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 vJZ0G:1
       9 USS  16 ?88k`T'EI
     CWAV        0.587600 p7 s#j
     HIN        1.517000       55.000000 -7MR2)U
       RNORM    17.8887 3#GZ6:rVJ
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 &\<!{Y<'
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 WgHl. :R
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 YywiY).]@
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 Br/qOO:n$}
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR x_za R}WI
      10 CV      -0.00643491 W|@7I@@$"
      10 UMC     -0.14285714 GJZGHUB=>
      10 TH     127.09309610 c:#<g/-{wM
    10    YMT      0.00000000 [zXKS|
    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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