SYNOPSYS 光学设计软件课程五: 改进另一个程序设计的透镜

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课程五：改进另一个程序设计的透镜

在本课中，我们将应用一些最新的工具，来判定透镜的性能是否可以进一步提高。

这是初始结构，包含三个视场点的 MTF 曲线。（输入 MMF，选择多色选项，然后单击执行。）（下图中开关 85 打开后，显示红色的红外波长。）

RLEID EXAMPLE LENS 53 WAVL .7150000 .7100000 .7050000 CORDER 1 3 2 APS -11 TEMPERATURE 30.00000 WAP 3 GTZ UNITS MM OBB 0.000000 15.20000 6.24500 -13.54114 0.00000 0.00000 6.24500 0 AIR 1 CV 0.0000000000000 TH 4.50000000 1 N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 1 DNDT 1.090E-05 9.960E-06 9.700E-06 3.65000E-01 5.46000E-01 6.44000E-01 1 CTE 0.500000E-06 1 GTB U 'FUSILICA' 2 CV 0.0000000000000 TH 1.00000000 AIR 3 RAD 31.3000000000000 TH 9.80000000 3 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 3 CTE 0.806000E-05 3 GTB S 'N-LAF2' 4 RAD 111.9000000000000 TH 1.50000000 AIR 5 RAD 28.2100000000000 TH 4.00000000 5 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.512952855 CTE  0.710000E-055 GTB S  'N-BK7'6  RAD  14.2600000000000  TH  8.50000000  AIR7  RAD  -46.1600000000000  TH  3.400000007 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.512952857 CTE  0.710000E-057 GTB S  'N-BK7'8 RAD  19.3000000000000  TH  3.00000000 AIR9 RAD  28.1400000000000  TH  4.800000009 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.512952859 CTE  0.710000E-059 GTB S  'N-BK7'10 RAD  -47.0000000000000  TH  1.00000000 AIR11 CAO  4.90993000  0.00000000  0.0000000011 CV  0.0000000000000  TH  13.20000000 AIR12 RAD  -24.2000000000000  TH  3.2000000012 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.8311459012 CTE  0.846000E-0512 GTB S  'N-SF57'13  RAD  150.0000000000000  TH  1.20000000  AIR14  RAD  269.0000000000000  TH  10.0000000014  N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3  1.5129528514  CTE  0.710000E-0514  GTB S  'N-BK7'15  RAD  -22.6200000000000  TH  1.00000000  AIR16  RAD  -1000.0000000000000  TH  6.7000000016  N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3  1.7363481416  CTE  0.806000E-0516  GTB S  'N-LAF2'17  RAD  -48.1100000000000  TH  1.00000000  AIR18  RAD  70.1900000000000  TH  6.2000000018  N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3  1.7363481418  CTE  0.806000E-0518  GTB S  'N-LAF2'19  RAD  -725.0000000000000  TH  2.00000000  AIR20  CV  0.0000000000000  TH  3.6000000020  N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3  1.5129528520  CTE  0.710000E-0520  GTB S  'N-BK7'21  CV  0.0000000000000  TH  36.90500000 AIR22  CV  0.0000000000000  TH  0.00000000 AIREND

该透镜在近红外光工作，工作数 F / 3.5，且是远心的，具有低畸变，受衍射限制。初步评价，这种设计并不差，只有不到 1/4 波长的像差。

视场上的最大畸变刚刚超过½微米，远心距离的最大偏差约为 0.01 弧度。性能还不错- 但如果我们能够进一步提高它的性能，这将为我们提供更多的公差余地。

这是我们的优化 MACro：

CHGWAP 1                          ! keep entering beam diameter constant over field19 UMC -0.14286                  ! maintain F/numberCFREE                          ! remove the clear aperture at the stopEND
PANTVY 0 YP1                      ! let the program find the best stop locationVLIST RAD ALL                  ! all radii will change except 19 and the flat windowsVLIST TH ALL EXCEPT 1 LB2      ! and all thicknesses except 1 and 20END
AANTAEC                              ! monitor feathered edgesACC                              ! and keep thicknesses less than 25.4 mmM 89.6 1 A TOTL                  ! keep total lens length constantM 0 50 A GIHT                  ! control distortion at full fieldS P YA 1
M 0 50 A GIHT                  ! and at half fieldDIV CONST 2
S P YA .5
M 0 20 A P HH .7              ! control telecentricity at 0.7 field
GSO 0 0.1 5 M 0                  ! correct OPDs of ray grids at three fieldsGNO 0 0.05 4 M .7GNO 0 0.05 4 M 1 END
SNAP                          ! get snapshot every iterationSYNO 30                          ! optimize for 30 cycles.

（创建这组光线网格像差的最简单方法是使用 MACro 编辑器中的 Ready Made Raysets 按钮。在这种情况下，我们选择了第 8 组，它创建了横向目标和 OPD 目标，然后选择删除横向目标并且在全视场增加OPD目标的权重. Bare-bones Rayset 对话框也可以这样做，然后有更多选项。）

我们进行优化，然后运行模拟退火几个周期。透镜有所改善。

现在让我们使用一些强大的工具。首先，我们运行自动元件删除功能。这会找到可以移除的元件，而对评价函数的性能降低最小。为此，我们只需添加该行命令

AED 3 Q 3 19  ! find which element to delete between surfaces 3 and 19.

将该命令加到 PANT 命令之前，然后重新优化。该程序显示可以移除表面 14 处的镜片。我们允许它删除该元件，然后对其进行优化和模拟退火（在注释掉 AED 行之后，我们不会删除另一个元件或删除顶部的 CHG 文件）。

正如预期的那样，透镜性能有所下降，但仍然不错。现在我们将使用元件自动插入功能，以查看透镜是否会恢复到以前的镜片数，结果是否比起始透镜更好？

为此，我们将 AED 线更改为

AEI 3 3 17 0  ! insert one element between surfaces 3 and 17.

并再次运行 MACro。（如果您有多核电脑，则在 MACro 的顶部还应添加以下命令，其中 nb 是核心数。这将以更快的速度运行 AEI。）

CORE nb

在 MACro 的顶部，其中 nb 是核心数。这将以更快的速度运行 AEI。）

程序在表面 12 之前插入了一个元件。我们添加一个新变量

VY 12 GLM

到 PANT 文件，所以新元件上的玻璃模型可以变化，注释掉 AEI 命令行，重新优化并模拟退火。

该程序已将透镜内的孔径位置移动到 9 .如果透镜有固定孔径，我们可以在该元件上切一个凹槽，并获得极好的性能 - 但如果没有，我们会为表面 11 分配一个真正的孔径，移除 YP1 的变量，并再次重新优化。我们得到如下透镜：

RLEID EXAMPLE LENS                              141WAVL .7150000 .7100000 .7050000
CORDER  1  3  2APS            -11TEMPERATURE    30.00000WAP                 1GTZUNITS MMOBB  0.000000    15.20000    6.24500       -11.63722       0.00000     0.000006.24500    0  AIR    1  CV  0.0000000000000  TH  4.50000000    1  N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657    1  DNDT  1.090E-05  9.960E-06  9.700E-06 3.65000E-01    1  CTE  0.500000E-06    1  GTB U  'FUSILICA  '    2  CV  0.0000000000000  TH  1.00000000 AIR    3  RAD  31.7420365099046  TH  4.89311077    3  N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814    3  CTE  0.806000E-05    3  GTB S  'N-LAF2  '    4  RAD  205.8474850968830  TH  6.35592001 AIR    5  RAD  31.8551157618315  TH  1.39568729    5  N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285    5  CTE  0.710000E-05    5  GTB S  'N-BK7  '    6  RAD  12.9057883346246  TH  7.19477052 AIR    7  RAD  -23.8475364230033  TH  1.00000000    7  N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285    7  CTE  0.710000E-05    7  GTB S  'N-BK7  '    8  RAD  18.0286949741191  TH  1.24241640 AIR    9  RAD  21.7606620988429  TH  11.21030691    9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285    9 CTE  0.710000E-05    9 GTB S  'N-BK7  '    10  RAD  -27.0144706600627  TH  1.00000000 AIR    11  CV  0.0000000000000  TH  15.36917292 AIR    12  RAD  -221.0555600124851  TH  3.83402160    12  GLM  1.73264979    52.69907560    13  RAD  -18.9307423606996  TH  1.00000000 AIR    14  RAD  -18.3189387535143  TH  1.00000790    14  N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3  1.83114590    14  CTE  0.846000E-05    14  GTB S  'N-SF57  '    15  RAD  77.6676600402005  TH  8.59463594  AIR    16  RAD  -98.5742040515266  TH  3.91807638    16  N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3  1.73634814    16  CTE  0.806000E-05    16  GTB S  'N-LAF2  '    17  RAD  -31.6148606190401  TH  5.55657931  AIR    18  RAD  90.9510179315515  TH  5.93527419    18  N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3  1.73634814    18  CTE  0.806000E-05    18  GTB S  'N-LAF2  '    19  RAD  -60.9109375555036  TH  1.00003786  AIR    19  CV  -0.01641741    19  UMC  -0.14286000    20  CV  0.0000000000000  TH  3.60000000    20  N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3  1.51295285    20  CTE  0.710000E-05    20  GTB S  'N-BK7  '    21  RAD -1.1487695061324E+17  TH  43.52197472  AIR    21  CV  -8.70496644E-18    21  UMC  -0.14286000    22  CV  0.0000000000000  TH  0.00000000 AIREND

该程序在表面 14 处移除了原始透镜元件，并在 12 处更换了新镜片。最大畸变现在约为 1/4 微米（是原来的一半）。然后，我们在表面12 处用玻璃模型替换了表面 3 上使用的玻璃，并重新优化，几乎没有性能损失。（当您自己学习这些课程时，由于退火阶段的随机性，您可能会得到略微不同的结果。）

来源：武汉墨光

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首次发布时间：2022-12-08

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