SYNOPSYS 光学设计软件课程十九：DOE在现代镜头设计中的应用

]e+&Pxw]e
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。 \wK4bvUrX
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）。

)8SWU)/
    CORE 16 ,(f W0d#
        DSEARCH 1  QUIET <td]k%*+
        SYSTEM rUAt`ykTmN
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY GS}JyU
        OBB 0 25 12 nb6Y/`G
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 ?ks.M'@
ZE~zs~z|
        UNITS MM #3'M>SaoH
        END brlbJFZ19
        GOALS hhFO,
        ELEMENTS 5 NSH4 @x
        FNUM 3.5 /H3w7QU
        BACK 0 0 ;Me*#/
        TOTL 0 0 7q5*grm
        STOP MIDDLE <^_crJONom
        STOP FREE %/5Wj_|p
        RSTART 50 100 200 400 pVrY';[,|
        RT 0.5 WIpV'F|t]`
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 9\/oL{
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 }&==;7,O
        NPASS 100 3dolrW
        DELAY 9999 Kpa$1x
        NGRID 6 5C^@w
        ANNEAL 200 20 Q 5sN6&'[
        COLORS 3 6]kBG?m0
        SNAPSHOT 10 N^@:+,<3
        QUICK 40 100 P8ZmrtQm
        END 6 .)Xeb"
        SPECIAL PANT \<09.q<8
A^A)arJS
        END `(=Kp=b
        SPECIAL AANT KLE)+|
        ACA 60 .1 1 >xq.bG
        ADT 6 .1 1 $bFK2yx?=
        M 0 .01 A P HH 1 Xtz:^tg
        LLL 22 1 1 A BACK j0V/\Ep)T<
        LUL 250 1 1 A TOTL v\@RwtP
    END gq/Za/!6
    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。）

u*rP8GuS
    ADA 5 QUIET c;fLM`{*
+}a(jO
    PANT j%^4 1y
    VY 0 YP1 #8yo9g6
    VLIST RD ALL f.+1Ubq!5
    VLIST TH ALL ?+.C@_QZQ
    VY   1 GLM GZNN2 '
    VY   3 GLM K,,) FM
    VY   5 GLM wWiYxBeN
    VY   7 GLM 1gbFl/i6T
    VY   9 GLM Q{L:pce-
    END $Th)z}A}EA
    AANT P AEC QuPz'Ut#
    ACC 4gsQ:3
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 =DDKGy.g
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 jy?*`q1]
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 V|$PO Qa3
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 \AKP ea=
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 /UK]lP^w]!
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 :Ev gUA\4
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 >RAg63!`
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 3IlVSR^py
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 C49\'1\6
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 9Ffam#
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 -OlrA{=c_
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 %oTBh*K'o
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 ,6X;YY
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 }9fch9>Zr
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 )`f-qTe
      ACA 60 .1 1 a*U[;(
      M 0 .01 A P HH 1 j2UQQFh
      LLL 22 1 1 A BACK UGy3B)
      LUL 250 1 1 A TOTL o /[7Vo
    END i#t-p\Tcz
    SNAP/DAMP 1 A#T"4'#?<
    SYNOPSYS   40

该程序发现表面1使用DOE效果最好。

d$3md<lIB
command ASY shows the data of this DOE. abR<( H12
-oyA5Yx0
SPECIAL SURFACE DATA 0P9\;!Y
______________________________________________________________________________ o&Xp%}TI
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) u@#%SX
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 d\]KG(T
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 SYA~I-OYc
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 vxEi C:&]
DIFFRACTION ORDER:        -1 ZZI} Ot{
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) `y.4FA4"8
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，

N'WTIM3W
    VY 1 G 16 9U6$-]J
    VY 1 G 26 &kmaKc
    VY 1 G 27 Y$v#>w_M
    VY 1 G 28 yj4"eDg]
    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！）

JR.)CzC
    !ADA 5 QUIET I!*P' {lh
K?'m#}]
    PANT Yp;Z+!!UZ
    VY 0 YP1 fGlvum
    VLIST RD ALL Y:TfD{Xgc
    VLIST TH ALL 5.{=Op!
    VY   1 GLM XKky-LeJ
    VY   3 GLM }'eef"DJ9
    VY   5 GLM 49=pB,H;H
    VY   7 GLM Q^2dZXk~
    VY   9 GLM uD=Kar
*P=3Pl?j
    VY 1 G 16 PljPhAce
    VY 1 G 26 @e3+Gs
    VY 1 G 27 |JIlp"[
    VY 1 G 28 m_/Ut
    VY 1 G 29 3Jizv,?
    VY 1 G 30 Az:~|P
    VY 1 G 31 %eDSo9Y
    VY 1 G 32 YFm%W@
giNXXjl
    VY 9 G 16 -#f.}H'
    VY 9 G 26 PzSLE>Q
    VY 9 G 27 f)T\
    VY 9 G 28 '=E;^'Rl
    VY 9 G 29 I#(lxlp"Ho
    VY 9 G 30 S}JOS}\^j
    VY 9 G 31 YXWDbr:JX
    VY 9 G 32 3=uhy|f! /
    END md+pS"8o;
    …

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。

zBy} >Jx
    RLE MN2i0!+
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 >JE+j=
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 5eff3qrH{
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 ZEI)U, I.
     APS               1  UNITS MM cgrSd99.
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR .S54:vs
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 m*_X PY
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 Bp7p X
     CWAV        0.587600 8C*@d_=q
     HIN        1.517000       55.000000 R*:$^v@4
       RNORM    61.6138 )v;O2z
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 -z`%x@F<&L
       1 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00    1 XDD  3   1.6576954E+01 -1.5772577E+02  5.5355850E+02 -1.2824350E+03  2.0288263E+03 L3Y,z3/
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 K-k!':K:
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR G%bv<_R
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 /";tkad^
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 % vUU Fub
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR f9u=h}
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 doL-G?8B
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 >IaGa!4
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR h}SZ+G/L
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 Vhv'Z\
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 5]dlD #
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR 0R)x"4Ww
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 cQt&%SVT]E
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 0}<blU
       9 USS  16 M5WB.L[@q
     CWAV        0.587600 [M[#f&=Z
     HIN        1.517000       55.000000 .S|7$_9;b
       RNORM    17.8887 oC|oh
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 _:9}RT?
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 ly` A,dh
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 ;VKWY
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 Qg/FFn^Kg*
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR M6p\QKi
      10 CV      -0.00643491 ^~V2xCu!
      10 UMC     -0.14285714 _\\Al v.
      10 TH     127.09309610 bSw^a{~)
    10    YMT      0.00000000 "YI,
    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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