SYNOPSYS 光學(xué)設(shè)計(jì)軟件課程二十六：融會(huì)貫通
在本課中，我們將進(jìn)行一項(xiàng)高難度的鏡頭設(shè)計(jì)任務(wù)，該任務(wù)將包含您在之前課程中學(xué)到的許多強(qiáng)大功能。
這種鏡頭須在0.38到0.9微米的波長(zhǎng)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(wú)窮遠(yuǎn)處，0.8度半視場(chǎng)，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(zhǎng)不超過45毫米。 5.良好的畸變校正。 6.像方遠(yuǎn)心。 7. 無(wú)薄邊邊緣，中心厚度不超過8毫米
這個(gè)任務(wù)可能需要10個(gè)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(gè)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(jìn)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(gè)波長(zhǎng)而不是通常的三個(gè)波長(zhǎng)，以避免中間波長(zhǎng)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(cè)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(zhǎng)
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(yuǎn)離中心
END
GO
運(yùn)行這個(gè)文件，在不到一分鐘的時(shí)間內(nèi)獲得一個(gè)不錯(cuò)的起點(diǎn)。DSEARCH為我們創(chuàng)建了一個(gè)優(yōu)化MACro，在運(yùn)行它然后運(yùn)行了幾個(gè)周期后，我們得到了這個(gè)設(shè)計(jì)：
由于色差校正將是一個(gè)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(kù)，選擇Schott玻璃庫(kù)，單擊圖形按鈕，然后選擇底部選項(xiàng)，以繪制P *與P **。需要三種玻璃在一條長(zhǎng)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(gè)透鏡賦值。不要擔(dān)心:GSEARCH可以告訴我們。
接下來(lái)創(chuàng)建兩個(gè)文件。第一個(gè)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(qǐng)求40次運(yùn)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(yùn)行自動(dòng)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(huì)產(chǎn)生第二個(gè)宏去驅(qū)使GSEARCH運(yùn)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(yùn)行這個(gè)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(yuǎn)。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(yùn)行它。結(jié)果更好，如下所示。
我們是否可以用更少的透鏡來(lái)達(dá)到我們的目的?使用自動(dòng)透鏡刪除功能很容易找到。在優(yōu)化MACro的頂部添加一個(gè)新的命令行：
AED 3 QUIET 1 16
并再次運(yùn)行它。程序檢測(cè)到您可以刪除透鏡5。點(diǎn)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。現(xiàn)在你得到了這個(gè)：
只需要七個(gè)鏡片！讓我們來(lái)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(chǎng)衍射MTF，顏色改為M，然后運(yùn)行MMF
讓我們看看后焦點(diǎn)位置與波長(zhǎng)的函數(shù)。輸入AI句子
我們完成了嗎？讓我們看看后焦點(diǎn)位置與波長(zhǎng)的函數(shù)有多穩(wěn)定。輸入AI句子：PLOT BACK FOR WAVL = .38 TO .9
在這個(gè)寬譜范圍內(nèi)，近軸焦點(diǎn)位置僅變化約0.6 uM。是的，這是一個(gè)很好的鏡頭！在你真正制作鏡頭之前，請(qǐng)將光闌移動(dòng)到表面5 - 但這對(duì)于本課來(lái)說已經(jīng)足夠了。您可以看到SYNOPSYS如何輕松應(yīng)對(duì)這一具有挑戰(zhàn)性的問題。
如果七個(gè)鏡片的結(jié)果不夠好怎么辦？那么，您可以嘗試自動(dòng)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(qǐng)將CONLY更改為CEMENT。然后他們也將進(jìn)行測(cè)試。
如果我們?cè)赑 * -P **圖上選擇不同的行，會(huì)發(fā)生什么？這會(huì)給我們?nèi)N不同的玻璃嘗試。在嘗試之前，你永遠(yuǎn)不會(huì)知道還有什么可能比這更好。
當(dāng)你擁有如此多的強(qiáng)大工具時(shí)，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(rèn)為你可以通過不同的鏡頭設(shè)計(jì)程序快速找到這種設(shè)計(jì)嗎？我們不這么認(rèn)為。嘗試一下，如果它成功的話，讓我們知道它花了多長(zhǎng)時(shí)間。
