SYNOPSYS 光学设计软件课程十九：DOE在现代镜头设计中的应用

!\&;h
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。 B6wRg8
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）。

}CeCc0M
    CORE 16 v\p;SwI
        DSEARCH 1  QUIET ^f# FI&
        SYSTEM |SyMngIY
        ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY }Ho Qwy|&
        OBB 0 25 12 R {-5Etv
        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 ],P;WPU
m!<\WN6g
        UNITS MM cJ54s}
        END `w]s;G[
        GOALS .A6(D$O k
        ELEMENTS 5 :=J,z,H_U
        FNUM 3.5 YW{C} NA
        BACK 0 0 hWX% 66
        TOTL 0 0 ,yd?gP-O
        STOP MIDDLE ANgw"&&>(
        STOP FREE HuOIFv
        RSTART 50 100 200 400 ]xuG&O"SBV
        RT 0.5 J>/w5$h5
        FOV 0.0 .4 .6 .85 1 _-EyT
        FWT 5.0 3.0 3 3 3 hiQha5
        NPASS 100 O BN2 ) j
        DELAY 9999 U"Zmv
        NGRID 6 k+ze74_"
        ANNEAL 200 20 Q )E~79!
        COLORS 3 0:+WO%z
        SNAPSHOT 10 U\Z?taXB
        QUICK 40 100 *8LMn
        END ]Ux<aiY]a
        SPECIAL PANT t+eVR8
P>Ez'C
        END {7)st W
        SPECIAL AANT M@5?ZZ4L
        ACA 60 .1 1 }mAa}{_
        ADT 6 .1 1 ELj\[&U
        M 0 .01 A P HH 1 uvrB5=u
        LLL 22 1 1 A BACK 5O\*h;U 6
        LUL 250 1 1 A TOTL 8O38#{[S
    END P'`r
    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。）

Z:*76PP,
    ADA 5 QUIET )BwjZMJ.N
;1a~pF S
    PANT ( vca&wI!
    VY 0 YP1 PS[+~>%
    VLIST RD ALL t]YC"%[S
    VLIST TH ALL Qc pm!
    VY   1 GLM THS.GvT9[
    VY   3 GLM Iu <?&9t
    VY   5 GLM ^pYxKU_O
    VY   7 GLM ~x|F)~:0=
    VY   9 GLM 8p:j&F
    END /bi}'H+#
    AANT P AEC *"{lMZ+
    ACC PBp^|t]E>
    GSR     0.700000     5.000000      4  2    0.000000 W' s
    GSR     0.700000     5.000000      4  1    0.000000 )/wk( O+
    GSR     0.700000     5.000000      4  3    0.000000 NB8/g0:=n&
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.400000 7eiV{tYF
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.400000 rsy'q(N[
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.400000 ~FN9 [aJF+
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.600000 aL&n[
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.600000 _iir<}
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.600000 P9vA7[
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    0.850000 sL\L"rQN6
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    0.850000 BYMi6wts
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    0.850000 ?]}8o}G
    GNR     0.700000     3.000000      4  2    1.000000 [_Qa9e
    GNR     0.700000     3.000000      4  1    1.000000 6e[VgN-s
    GNR     0.700000     3.000000      4  3    1.000000 RE/~#k@a
      ACA 60 .1 1 <kx&w(=
      M 0 .01 A P HH 1 \Z+z?K O
      LLL 22 1 1 A BACK FSA1gAW6g
      LUL 250 1 1 A TOTL (w}H]LQ
    END FgB&b
    SNAP/DAMP 1 dF2nEaN0%
    SYNOPSYS   40

该程序发现表面1使用DOE效果最好。

D?NbW @]
command ASY shows the data of this DOE. LILQ\I<<'
,"HL~2:~
SPECIAL SURFACE DATA _Nqt21sL
______________________________________________________________________________ eep1I :N
  SURFACE NO.   1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE) 5) pj]S!]-
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION:        0.587600 ]3X@_NYj
Nd, Vd OF DOE MATERIAL:         1.517000       55.000000 T Kg aV;92
NORMALIZING RADIUS:       61.613800 $7rq3y
DIFFRACTION ORDER:        -1 oz}+T(@O
XD  1     -0.000671 (CV)    XD 11  1.852479E-06 (R**2)  XD 12  2.816262E-06 (R**4) HBu[gh;b
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，

Ht&:-F+dm
    VY 1 G 16 B>0].CK`
    VY 1 G 26 '.81zpff
    VY 1 G 27 xUa{1!Y8
    VY 1 G 28 {M^3m5.^
    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！）

+O*/"]h
    !ADA 5 QUIET `s8{C b=}1
6er-{.L=
    PANT =9fajRFTt
    VY 0 YP1 WZ*ws[dVI
    VLIST RD ALL f]\CD<g3|E
    VLIST TH ALL ,v';>.]
    VY   1 GLM 5a hVeY
    VY   3 GLM -6n K<e`
    VY   5 GLM hKT
    VY   7 GLM Y}#J4i0b*
    VY   9 GLM [&#/]Ul'
woD>!r>)
    VY 1 G 16 <7j87
    VY 1 G 26 \v.C]{Gzc
    VY 1 G 27 !3 f?:M
    VY 1 G 28 q@nP}Pv&5
    VY 1 G 29 ).sRv6/c
    VY 1 G 30 >76\nGO
    VY 1 G 31 4:dH]
    VY 1 G 32 /7t>TYip!
"hzB9*"t
    VY 9 G 16 YQ6f}O
    VY 9 G 26 7:)n$,31FW
    VY 9 G 27 7 D^gMN%p
    VY 9 G 28 p%*%n3bw
    VY 9 G 29 d\ 1Og\U|A
    VY 9 G 30 %Ntcvp)
    VY 9 G 31 q(.:9A*0
    VY 9 G 32 |>tKq;/
    END Z`KC%!8K
    …

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。

6u7?dG'4
    RLE b{]z wpf
    ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY            189 i5K[>5
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100     12 Ct=-4
     WAVL .6563000 .5876000 .4861000 Htgx`N|
     APS               1  UNITS MM Z3&_
     OBB  0.000000     25.00000     12.00000    -40.75533      0.00000      0.00000     12.00000    0 AIR INi]R^-
       1 CV      0.0000000000000   TH     17.18886085 .5y+fL
       1 GLM      1.50000000             73.64948718    1 USS  16 6T#+V37
     CWAV        0.587600 i*NH'o/
     HIN        1.517000       55.000000 I^8"{J.Q)[
       RNORM    61.6138 f^"N!f a
       1 XDD  1  -2.3573567E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 =yyp?WmC8
       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 $}jssnoU
    1    XDD  4  -1.6583719E+03  5.4539892E+02  0.0000000E+00  0.0000000E+00 T2!6(, s9
    2    RAD     83.7333797612760   TH    133.80801226 AIR oze&
    3    RAD    145.6651342237978   TH     12.84766300 yGPS`S
    3    GLM      1.90000000             37.62897436 vWf; 'j
    4    RAD   -936.8282816530643   TH     36.68042679 AIR NwG= <U*
    5    RAD     77.0117799868350   TH      7.56136252 R]btAu;Z
    5    GLM      1.60190936             64.47241855 |]ZYa.+:
    6    RAD    300.9357930535547   TH      2.49443964 AIR LG1r]2
    7    RAD   -321.5452747117334   TH      6.92345376 "G@g" gP
    7    GLM      1.81849484             24.49789036 e^[H[d.WMC
    8    RAD     80.4305830784560   TH     14.77333385 AIR <RG|Dx[:=
    9    CV      0.0000000000000   TH     17.77216658 A3S<..g2
       9 GLM      1.89731741             37.87054525 52,m:EhL
       9 USS  16 7El[ >
     CWAV        0.587600 qycI(5S,
     HIN        1.517000       55.000000 tGl;@V@Qj
       RNORM    17.8887 -cSP_1
       9 XDD  1   3.7006321E-03  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 _Gjk;|Sx<I
       9 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00 fI~Xmw+}}
       9 XDD  3   7.5557923E+01 -1.1770634E+01  1.0593009E+01 -1.4354614E+01  1.1908357E+01 dnb)/
    9    XDD  4  -4.9678199E+00  8.1921021E-01  0.0000000E+00  0.0000000E+00 0#S W!b|%
    10    RAD   -155.4022209171318   TH    127.09309610 AIR x>*Drm 7
      10 CV      -0.00643491 g;8jK8Kh
      10 UMC     -0.14285714 :9_L6
      10 TH     127.09309610 7e#?e+5+A
    10    YMT      0.00000000 JZD[NZ<
    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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