SYNOPSYS 光学设计软件课程十五：开发一组实际透镜

在第14课中，我们设计了一个7个透镜的镜头，从平面平行表面开始，并且程序符合设计，使用ARGLASS功能自动编目镜玻璃类型。但假设您有一个真正的应用程序并希望进一步开发它。本课程将介绍一些适合的其他程序。为了使它成为真正的“真实世界”课程，我们将展示设计师如何遵循各种线索以获得解决方案，以及为何不是所有线索都能带来成功，这一点也很重要：看看有时一个人徘徊在盲道中是有益的。当你自己作为镜片设计师的提升技能时，你会遇到很多麻烦，但不应该气馁，因为它发生在我们所有人身上。坚持不懈，通常可以找到成功的设计。

我们将以两种方式完成本课程;首先在DSEARCH的帮助下使用其他许多工具。然后，在第17课中，我们展示了另一种实际上更快更容易的方法。您应该了解这两种方法中使用的所有工具。

我们将首先使用DSEARCH找到一个好的起点。这是输入：

我们运行这个，并且返回的最佳镜头非常好。 我们使用文件DSEARCH_OPT进行优化和退火，该文件位于新的编辑器窗口中。

假设我们希望镜头在从一米到无限远的物距范围内工作。 有两种方法可以实现这一要求：使用多重结构，这非常灵活但复杂，或者通过声明这是一个物体距离变焦的变焦镜头。 第二种方法在这里更好，因为它更简单，做我们想要的，我们可以非常容易地检查中间物体距离。 我们必须将此镜头设置为ZFILE变焦镜头。

这里我们将表面3声明为光阑，因此所有变焦都使用相同的位置，在图像上设置硬孔径以使FFIELD指令具有目标，将厚度求解为14，以便所有变焦自动重新聚焦，并声明单个缩放组， 然后我们定义ZOOM 2在1000 mm距离处的物距，YPP0为负，因为ZOOM 1中的值也是负的，并且它们必须具有相同的符号。

运行此MACro，镜头变为变焦镜头，在这种情况下只有一个空气间隔变焦。 现在，您在显示器右侧看到一个新工具栏。 ZOOM 2中的图像是什么样的？ 如果单击按钮1和2，则会在该缩放设置下看到镜头。 这是缩放2：

太可怕了！ 我们必须在两个共轭处校正图像。 这是我们的MACro：

运行此并退火，镜头变得好了一些但仍然不是很好，在变焦范围的两端有大约相等和相反的误差。

一些细微之处值得一提：GLM ALL变量将改变目前镜片中的所有玻璃模型，这意味着所有元件，因为DSEARCH使用玻璃模型，除非另有说明。 我们必须控制焦距，因为物体厚度将不断调整，因此图像CAO在全场填充。

这比之前的变焦2要好，但仍然有分辨率的损失。 该怎么办？ 我们需要更多变量。 我们应该添加什么？

解决这样的案例的经典工具是STRAIN计算。 该想法是，具有最大应变的表面贡献了大部分低阶像差，并且在那里分裂元件可能会重新产生这种应变。

实际上，元件3具有最大的应变。 现在我们可以做以下两件事之一：我们可以拆分该元件并重新优化，或者我们可以使用不同的工具来找出添加元件的最佳位置。 我们将尝试两种方式。 首先，让我们保存这个版本，所以如果事情没有成功我们可以回去。

输入STORE 1。

然后转到工作表（键入WS，或单击按钮，然后单击按钮，可以通过单击该元件内轴上的PAD显示来拆分元件。单击曲面5和6之间，拆分元件。 你的镜头现在看起来像这样：

当程序拆分（或添加）一个元件时，它会分配一个折射率拾取，因为此时它没有其他折射率数据。 在WS中，通过键入将曲面7上的折射率拾取更改为玻璃模型

在编辑窗格中，单击“更新”。 这改变为具有与之前类似属性的模型玻璃。

制作一个新的检查点，关闭WS，再次运行优化，我们发现镜头略有改善。 MF现在是2.53。 这是镜头设计长期以来使用经典工具的方式，这是一个缓慢而艰巨的过程。 但今天我们有更好的工具。 在拆分元件之前返回版本：

然后在PANT文件之前添加一行：

这将运行自动元件插入工具（AEI）。 现在程序将搜索插入新元件的最佳位置。 运行这个，镜头变得越好。 注释掉AEI线并再次运行MACro，然后退火。 结果如下：

程序在表面3插入了一个新元件！评价函数从2.55降至1.92。这里有一个教训：该程序可以找出如何更好地改善镜头（除非你非常有天赋）。因此，最好让AEI这样做，而不是尝试看起来有意义的事情。这些东西有时会起作用，但AEI更好。

在这里你可以看到更大的改进，MTF也更好，你可以自己检查一下。 现在我们有一个镜头可以很好地校正无限共轭。 但是中间距离呢？ 如果我们制造镜头却发现在中间距离，事情变得非常糟糕，这将是一个粗鲁的意外。 我们要检查一下。 这是我们选择在此作业中使用ZFILE缩放功能的原因之一。 我们可以轻松扫描变焦范围并发现可能需要注意的任何点。 单击缩放选择栏底部的按钮@：这将打开一个有趣的缩放滑块。

将滑块慢慢滑到右端，观察PAD显示（或单击SCAN按钮）。图像平面从无限远焦点缓慢向后移动到一米焦点位置。好消息是，图像质量在整个范围内几乎没有变化，实际上在中间附近变得更好。 （如果已更改，我们可以使用CAM命令创建一个中间焦点位置，总共三个缩放，然后在AANT文件中为ZOOM 3位置添加更多目标。）您可以创建和定位最多20个缩放，然后您将了解是否键入HELP CAM以阅读该功能 。

因此，我们已经制作了一个在整个聚焦范围内都能很好地工作的镜头。当然我们还没有完成。现在我们需要再次分配真实玻璃，增加一些元件的厚度，删除那些厚度变量并重新优化是个好主意。但是等一下，上图中显示的第五个元件困扰着我们，它在做什么？再次使用STRAIN命令，您会发现该元件的光焦度或应变非常小，这表明我们可以完全删除它。我们得试试！删除AEI指令并将其替换为：

并再次运行它 - 哇！ 程序说第九个元件可以删除！ 允许它执行此操作，然后注释掉AED指令并进行更多优化。 评价函数达到2.36 - 不像以前那么好，但也许足够好。 我们已经淘汰了一个元件。 了解AED如何做出比你更好的决定了吗？

这就是它的完成方式：弄清楚出了什么问题，并使用SYNOPSYS中的工具来修复它。 有时它很快，有时不会。 这就是镜头设计的全部内容，盲区和一切。

但这对本课来说可能已经足够了。

哦，我们差点忘了：为什么我们输入缩放组的曲面编号（14），因为YMT求解无论如何都会覆盖它？ 那么，该程序需要一个组定义，否则它将无法工作。 如果您将这些数据留给真正的变焦镜头，那就是为了避免出现严重错误。

我们将在第17课中重新讨论这个问题，并展示如何有效地应用其他工具和节省一些时间。