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optics1210

2019-01-24 14:27

SYNOPSYS 光学设计软件课程十九：DOE在现代镜头设计中的应用

Bn&ze.F
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。 _F|Ek;y%
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）。

S3Xl
    CORE 16 ],Do6 @M-
        DSEARCH 1  QUIET 4O!ikmY:t
        SYSTEM q#9RW(o
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY v;D~Pa
        OBB 0 25 12 H8}oIA"b
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 )=_,O=z$K
T!)(Dv8@F
        UNITS MM MeZf*' J
        END VQOezQs\
        GOALS '3^'B03
        ELEMENTS 5 Ry6@VQ"NLb
        FNUM 3.5 T'Dv.h
        BACK 0 0 -;WGS o
        TOTL 0 0 Y\g3hM
        STOP MIDDLE ee76L&:
        STOP FREE 0[W:d=C`a
        RSTART 50 100 200 400 t&e{_|i#+
        RT 0.5 ZyFjFHe+
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 N6i Q8P-
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 b,1ePS
        NPASS 100 {9.|2%a
        DELAY 9999 (V2fRv
        NGRID 6 'YSHi\z ](
        ANNEAL 200 20 Q SSMHoJGm
        COLORS 3 oE]QF.n#
        SNAPSHOT 10 $kp{Eg '
        QUICK 40 100 6?c7$Y
        END WX3-\Y5E
        SPECIAL PANT 89(Q1R ?:
Z=vU}S>r|v
        END =]0&i]z[.
        SPECIAL AANT m^;f(IK5
        ACA 60 .1 1 )bscBj@
        ADT 6 .1 1 =U?dbSf1*
        M 0 .01 A P HH 1 U z>+2m(
        LLL 22 1 1 A BACK -m~#Bq
        LUL 250 1 1 A TOTL u;2[AQ.
    END >}6%#CAf
    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。）

Wg]Qlw`\|
    ADA 5 QUIET 0YDR1dO(*
E+;7>ja
    PANT 9~[Y-cpoi
    VY 0 YP1 7WZ+T"O{I
    VLIST RD ALL &0JI!bR(
    VLIST TH ALL f(MO_Sj]
    VY   1 GLM k~w*W X'
    VY   3 GLM @b2aNS<T
    VY   5 GLM A6(/;+n
    VY   7 GLM 7J<5f)
    VY   9 GLM vUM4S26"NT
    END Wvf ^N(
    AANT P AEC oYH-wQj
    ACC '/s)%bc
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 SO0PF|{\r
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 g]0_5?i
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 *gWwALGo5
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 1p=]hC
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 -ZLJeY L
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 5$C-9
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 $6SW;d+>n
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 s?nR4
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 $qj2w"'
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 P/_['7
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 *J`O"a
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 r_A$DaC]
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 II,8O
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 Qzw;i8n{
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 qlPT Ll
      ACA 60 .1 1 EXqE~afm2
      M 0 .01 A P HH 1 3(80:@|
      LLL 22 1 1 A BACK 0<@@?G
      LUL 250 1 1 A TOTL t*w/{|yO
    END 92oFlEJ
    SNAP/DAMP 1 kE1TP]|
    SYNOPSYS   40

该程序发现表面1使用DOE效果最好。

`e}B2;$A3
command ASY shows the data of this DOE. 3/eca
R0*|Lo$6
SPECIAL SURFACE DATA 6.yu-xm
______________________________________________________________________________ ]:J$w]\
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) @cXMG6:{
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 :Zw2'IV
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 >i?oC^QM
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 FfT`;j
DIFFRACTION ORDER:        -1 (TT}6j
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) V(!V_Ug9.
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，

~*];pV]A[
    VY 1 G 16 =[7Av>
    VY 1 G 26 4;2uW#dG"
    VY 1 G 27 NC6&x=!3
    VY 1 G 28 U8$27jq
    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！）

SNk=b6`9
    !ADA 5 QUIET Z6MO^_m2
J\=*#*rJ1
    PANT 5'u<iSmBo
    VY 0 YP1 ="l/klYV
    VLIST RD ALL 1<aP92/N&
    VLIST TH ALL XfIJ4ZM5
    VY   1 GLM Xne1gms
    VY   3 GLM "qy,*{~
    VY   5 GLM S~G]~gt
    VY   7 GLM t\O16O7S
    VY   9 GLM &q*Aj17
,zY{
    VY 1 G 16 w7&A0M
    VY 1 G 26 zX i'kB
    VY 1 G 27 #}5uno
    VY 1 G 28 B^}yo65I
    VY 1 G 29 Pr C{'XDlU
    VY 1 G 30 6j|{`Zd)G
    VY 1 G 31 w5 Li&m
    VY 1 G 32 lq7E4r
-m#)B~)
    VY 9 G 16 %^6F_F_jS
    VY 9 G 26 VuZr:-K/
    VY 9 G 27 ,|/f`Pl
    VY 9 G 28 MomwX
    VY 9 G 29 \a3+rNdj
    VY 9 G 30 Q\0'lQJdy
    VY 9 G 31 ?:9"X$XR
    VY 9 G 32 sV*H`N')S
    END t sRdvFFq
    …

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。

3=V&K-
    RLE ql~J8G9
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 +1!ia]
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 cso8xq|b7
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 3o/[t
     APS               1  UNITS MM +LJ73 !
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR @>7%qS
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 Y}KNKO;
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 <%mRSv
     CWAV        0.587600 ;qV>L=a
     HIN        1.517000       55.000000 *qpSXmOz
       RNORM    61.6138 RPbZ(.
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 AQ^u
       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 0<*<$U
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 :Llb< MY2
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR V|R,!UND
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 1=v*O.XW`
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 NwfVL4Xg
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR 1{.9uw"2S
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 :rP=t ,
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 cidP|ie^
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR iN.n8MN=I
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 3$ PV2"
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 HK%7g
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR z0Z%m@
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 V]?R>qhgu
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 0tJZ4(0
       9 USS  16 ?&uu[y
     CWAV        0.587600 -F3-{E
     HIN        1.517000       55.000000 @'|~v<<WZ
       RNORM    17.8887 ,/U6[P_C5
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 rSNi@;
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 >.D4co>
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 _','9|
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 *OQ2ucC8j
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR #s9aI_
      10 CV      -0.00643491 2+WaA,
      10 UMC     -0.14285714 2t1ZIyv3D
      10 TH     127.09309610 -7|H}!DFT
    10    YMT      0.00000000 iJ|uvPCE
    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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