SYNOPSYS 光学设计软件课程五: 改进另一个程序设计的透镜
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 53WAVL .7150000 .7100000 .7050000CORDER 1 3 2APS -11TEMPERATURE 30.00000WAP 3GTZUNITS MMOBB 0.000000 15.20000 6.24500 -13.54114 0.00000 0.00000 6.245000 AIR1 CV 0.0000000000000 TH 4.500000001 N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.455276571 DNDT 1.090E-05 9.960E-06 9.700E-06 3.65000E-01 5.46000E-01 6.44000E-011 CTE 0.500000E-061 GTB U 'FUSILICA'2 CV 0.0000000000000 TH 1.00000000 AIR3 RAD 31.3000000000000 TH 9.800000003 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.736348143 CTE 0.806000E-053 GTB S 'N-LAF2'4 RAD 111.9000000000000 TH 1.50000000 AIR5 RAD 28.2100000000000 TH 4.000000005 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 stopENDPANTVY 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 20ENDAANTAEC ! 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 1M 0 50 A GIHT ! and at half fieldDIV CONST 2S P YA .5M 0 20 A P HH .7 ! control telecentricity at 0.7 fieldGSO 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 ENDSNAP ! 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 .7050000CORDER 1 3 2APS -11TEMPERATURE 30.00000WAP 1GTZUNITS MMOBB 0.000000 15.20000 6.24500 -11.63722 0.00000 0.000006.245000 AIR1 CV 0.0000000000000 TH 4.500000001 N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.455276571 DNDT 1.090E-05 9.960E-06 9.700E-06 3.65000E-011 CTE 0.500000E-061 GTB U 'FUSILICA '2 CV 0.0000000000000 TH 1.00000000 AIR3 RAD 31.7420365099046 TH 4.893110773 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.736348143 CTE 0.806000E-053 GTB S 'N-LAF2 '4 RAD 205.8474850968830 TH 6.35592001 AIR5 RAD 31.8551157618315 TH 1.395687295 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.512952855 CTE 0.710000E-055 GTB S 'N-BK7 '6 RAD 12.9057883346246 TH 7.19477052 AIR7 RAD -23.8475364230033 TH 1.000000007 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.512952857 CTE 0.710000E-057 GTB S 'N-BK7 '8 RAD 18.0286949741191 TH 1.24241640 AIR9 RAD 21.7606620988429 TH 11.210306919 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.512952859 CTE 0.710000E-059 GTB S 'N-BK7 '10 RAD -27.0144706600627 TH 1.00000000 AIR11 CV 0.0000000000000 TH 15.36917292 AIR12 RAD -221.0555600124851 TH 3.8340216012 GLM 1.73264979 52.6990756013 RAD -18.9307423606996 TH 1.00000000 AIR14 RAD -18.3189387535143 TH 1.0000079014 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.8311459014 CTE 0.846000E-0514 GTB S 'N-SF57 '15 RAD 77.6676600402005 TH 8.59463594 AIR16 RAD -98.5742040515266 TH 3.9180763816 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.7363481416 CTE 0.806000E-0516 GTB S 'N-LAF2 '17 RAD -31.6148606190401 TH 5.55657931 AIR18 RAD 90.9510179315515 TH 5.9352741918 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.7363481418 CTE 0.806000E-0518 GTB S 'N-LAF2 '19 RAD -60.9109375555036 TH 1.00003786 AIR19 CV -0.0164174119 UMC -0.1428600020 CV 0.0000000000000 TH 3.6000000020 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.5129528520 CTE 0.710000E-0520 GTB S 'N-BK7 '21 RAD -1.1487695061324E+17 TH 43.52197472 AIR21 CV -8.70496644E-1821 UMC -0.1428600022 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。）
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首次发布时间：2022-12-08
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