SYNOPSYS 光學(xué)設(shè)計軟件課程二十六：融會貫通
在本課中，我們將進行一項高難度的鏡頭設(shè)計任務(wù)，該任務(wù)將包含您在之前課程中學(xué)到的許多強大功能。
這種鏡頭須在0.38到0.9微米的波長范圍內(nèi)工作。此外，我們希望鏡頭光圈數(shù)F / 0.714。以下是要求：
1.光源在無窮遠處，0.8度半視場，1.26毫米半孔徑。 2.光譜范圍0.38至0.9微米。 3.F/number 0.714 4.總長不超過45毫米。 5.良好的畸變校正。 6.像方遠心。 7. 無薄邊邊緣，中心厚度不超過8毫米
這個任務(wù)可能需要10個鏡片，但是我們想逐漸增加鏡片。我們?yōu)镈SEARCH設(shè)置了輸入，要求提供8個鏡片的透鏡。這將為我們提供一些潛在的初始結(jié)構(gòu)，一旦我們看到事情的進展，就可以根據(jù)需要增加復(fù)雜性。由于光譜范圍很寬，我們選擇指定五個波長而不是通常的三個波長，以避免中間波長的誤差。
CORE 14
DSEARCH 3 QUIET
SYSTEM
ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS
UNI MM
OBB 0 0.8 1.26
WA1 0.9 0.77 0.64 0.51 0.38
CORDER 3 1 5
END
GOALS
ELEMENTS 8
FNUM 0.7143 100
BACK 0 0
TOTL 0 0
STOP FREE
COLORS M
RSTART 10
THSTART .25
ASTART 0.1
RT 0.7
OPD
QUICK 50 50
ANNEAL 200 20 Q
END
SPECIAL PANT
SLIMIT 100 0.1
END
SPECIAL AANT ! 設(shè)置特殊優(yōu)化函數(shù)
AEC .1 1 .05 ! 邊緣探測器
ACM .1 1 .05 ! 透鏡最小厚度
ACC 8 1 0.5 ! 最大透鏡TH
ACA 70 1 1 ! 避免臨界角度折射
LUL 45 1 1 A TOTL ! 限制總長
A BACK
M 0.5 1 A BACK ! 想要0.5mm的圖像間隙
M 0 1 A P YA 1 S GIHT ! 控制畸變
M 0 1 A P HH 1 ! 使其遠離中心
END
GO
運行這個文件，在不到一分鐘的時間內(nèi)獲得一個不錯的起點。DSEARCH為我們創(chuàng)建了一個優(yōu)化MACro，在運行它然后運行了幾個周期后，我們得到了這個設(shè)計：
由于色差校正將是一個挑戰(zhàn)，下一步是找到一些有可能制造“超消色差”的透鏡。使用命令MGT打開玻璃庫，選擇Schott玻璃庫，單擊圖形按鈕，然后選擇底部選項，以繪制P *與P **。需要三種玻璃在一條長線上。按住單擊鏡片P-SF68，它定義了線的底部，然后單擊鏡片N-PK52A，定義頂部。
看到玻璃N-F2嗎?它在線的中心附近。這給了三種類型的玻璃，但是我們還不知道該給哪個透鏡賦值。不要擔(dān)心:GSEARCH可以告訴我們。
接下來創(chuàng)建兩個文件。第一個是普通的優(yōu)化文件。使用DSEARCH為我們很好地創(chuàng)建的MACro，刪除GLM變量并請求40次運行。如果上述玻璃組合導(dǎo)致光線追跡失敗，須要求優(yōu)化程序運行自動光線故障修復(fù)程序。
PANT
SLIM 100 0.1
VY 0 YP1 ! 讓程序找到最佳光闌位置
VLIST RD ALL
VLIST TH ALL
END
AANT P
M 0.140000E+01 0.100000E+03 A CONST 1.0 / DIV FNUM
GSR 0.500000 1.000000 4 M 0.000000
GNR 0.500000 1.000000 4 M 0.500000
GNR 0.500000 1.000000 4 M 1.000000
AEC .1 1 .05
ACM .1 1 .05
ACC 8 1 0.5
ACA 70 1
LUL 45 1 1 A TOTL
A BACK
M 0.5 1 A BACK
M 0 1 A P YA 1
S GIHT
M 0 1 A P HH 1
END
SNAP 10
SYNOPSYS 40 0 FIX 30
我們保存文件并命名為GSOPT.MAC，因此會產(chǎn)生第二個宏去驅(qū)使GSEARCH運行我們想要的結(jié)果。(L26M3)
GSEARCH 3 QUIET LOG
SURF
1 3 5 7 9 11 13 15
END
NAMES
S N-PK52A
S N-F2
S P-SF68
END
USE 3 ! 僅允許使用所有三種玻璃類型的情況
GO
然后我們運行這個文件。
我們得到的結(jié)果如下：
這已經(jīng)接近要求 - 但讓我們嘗試其他的東西。超消色差的理論適用于薄透鏡，并且這些薄透鏡不是很薄�；氐紻SEARCH的結(jié)果，這一次要求GSEARCH從Schott目錄中找到相應(yīng)玻璃，與目前的玻璃相差不遠。將GSEARCH MACro更改為：
GSEARCH 3 QUIET LOG
SURF
1 3 5 7 9 11 13 15
END
NEAREST 3 P
S
END
GO
然后再次運行它。結(jié)果更好，如下所示。
我們是否可以用更少的透鏡來達到我們的目的?使用自動透鏡刪除功能很容易找到。在優(yōu)化MACro的頂部添加一個新的命令行：
AED 3 QUIET 1 16
并再次運行它。程序檢測到您可以刪除透鏡5。點擊OK（刪除該透鏡），從MACro中刪除AED行，然后重新優(yōu)化并模擬退火�，F(xiàn)在你得到了這個：
只需要七個鏡片！讓我們來看看MTF效果。
FCO 0
MFF
ICOL M
HBAR 0 .5 .75 1
GBAR 0
PLOT
在像質(zhì)分析里面選擇MTF（衍射） 多視場衍射MTF，顏色改為M，然后運行MMF
讓我們看看后焦點位置與波長的函數(shù)。輸入AI句子
我們完成了嗎？讓我們看看后焦點位置與波長的函數(shù)有多穩(wěn)定。輸入AI句子：PLOT BACK FOR WAVL = .38 TO .9
在這個寬譜范圍內(nèi)，近軸焦點位置僅變化約0.6 uM。是的，這是一個很好的鏡頭！在你真正制作鏡頭之前，請將光闌移動到表面5 - 但這對于本課來說已經(jīng)足夠了。您可以看到SYNOPSYS如何輕松應(yīng)對這一具有挑戰(zhàn)性的問題。
如果七個鏡片的結(jié)果不夠好怎么辦？那么，您可以嘗試自動透鏡插入功能，添加該命令行
AEI 3 1 14 CONLY 100 1 10 50
到MACro的頂部。這將在所有當(dāng)前鏡頭的每一側(cè)依次添加膠合透鏡，然后返回最佳效果的組合。使用這些工具，您可以選擇其中一種方式 如果您還想嘗試空氣間隔，請將CONLY更改為CEMENT。然后他們也將進行測試。
如果我們在P * -P **圖上選擇不同的行，會發(fā)生什么？這會給我們?nèi)N不同的玻璃嘗試。在嘗試之前，你永遠不會知道還有什么可能比這更好。
當(dāng)你擁有如此多的強大工具時，探索其他組合很有趣并且往往是有益的。
如果你想了解我們優(yōu)秀鏡頭的屬性，這里是RLE文件：
RLE
ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS 50760
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001011101 93
FNAME 'DSEARCH07.RLE '
MERIT 0.252142E-03
LOG 50760
WA1 .9000000 .7700000 .6400000 .5100000 .3800000
CORDER 3 1 5 2 4
WT1 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000
APS 1 UNITS MM
OBB 0.000000 0.80000 1.26000 -0.14478 0.00000 0.00000 1.26000 0 AIR
1 RAD -12.3575888493127 TH 8.00349843
1 N1 1.70683888 N2 1.71075605 N3 1.71661866 N4 1.72704962 N5 1.75095371
1 CTE 0.568000E-05
1 GTB S 'N-LAK10 '
2 RAD 5.6036307276255 TH 0.42904026 AIR
3 RAD 8.4130780171013 TH 6.59790611
3 N1 1.73259261 N2 1.73873215 N3 1.74890937 N4 1.76882390 N5 1.82136771
3 CTE 0.800000E-05
3 GTB S 'SF4 '
4 RAD -9.1818032305934 TH 5.54967141 AIR
5 RAD -56.1367087651872 TH 8.00224863
5 N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514
5 GTB S 'N-LASF46B '
6 RAD 4.8482482223468 TH 0.10000000 AIR
7 RAD 4.3440291976542 TH 1.00000148
7 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013
7 CTE 0.130100E-04
7 GTB S 'N-PK52A '
8 RAD -5.7980974504808 TH 0.10000000 AIR
9 RAD 3.1580916229850 TH 1.00865373
9 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013 9 CTE 0.130100E-04
9 GTB S 'N-PK52A '
10 RAD -6.1466379437070 TH 0.12251679 AIR
11 RAD -5.2492188361156 TH 6.03606534
11 N1 1.88762683 N2 1.89708892 N3 1.91293610 N4 1.94491007 N5 2.03856725
11 CTE 0.590000E-05
11 GTB S 'N-SF66 '
12 RAD -7.8896787646760 TH 0.10004337 AIR
13 RAD 1.1618206771614 TH 1.00000000
13 N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514 13 GTB S 'N-LASF46B '
14 RAD 1.0699320226013 TH 0.49970566 AIR
14 TH 0.49970566
14 YMT 0.00000000
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR
END
你認為你可以通過不同的鏡頭設(shè)計程序快速找到這種設(shè)計嗎？我們不這么認為。嘗試一下，如果它成功的話，讓我們知道它花了多長時間。
