在本課中，我們將從頭開始，設(shè)計一個5片透鏡鏡頭，然后看看在某處添加衍射光學(xué)元件（DOE）是否可以改善其性能。
這是個問題，由MDS對話框中的條目定義。 這將創(chuàng)建一個MACro，它將運行DSEARCH命令，并填寫所有數(shù)據(jù)。
該設(shè)計將輸入F / 3.5，半場角為25度，孔徑為12毫米。 我們選擇使用SPECIAL AANT代碼來控制后焦距，這樣可以后焦長度增大但不會讓它小于22毫米。 我們還要求主光線角度切線較小，權(quán)重較輕，符合ACA要求，因此我們不能在圖像上獲得具有大視場角的解決方案，并避免陡峭的光線折射。
當(dāng)我們單擊“確定”按鈕時，程序會加載我們的MACRO。 我們在頂部添加了CORE 16指令，以加快我們的8核超線程PC的速度，并指定一個長延遲（因此它不會要求中止其他內(nèi)核，這可能需要更長時間）和一個網(wǎng)格 數(shù)量為6（因為非球面和DOE會導(dǎo)致高階孔徑像差）。
CORE 16
DSEARCH 1 QUIET
SYSTEM
ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY
OBB 0 25 12
WAVL 0.6563 0.5876 0.4861
UNITS MM
END
GOALS
ELEMENTS 5
FNUM 3.5
BACK 0 0
TOTL 0 0
STOP MIDDLE
STOP FREE
RSTART 50 100 200 400
RT 0.5
FOV 0.0 .4 .6 .85 1
FWT 5.0 3.0 3 3 3
NPASS 100
DELAY 9999
NGRID 6
ANNEAL 200 20 Q
COLORS 3
SNAPSHOT 10
QUICK 40 100
END
SPECIAL PANT
END
SPECIAL AANT
ACA 60 .1 1
ADT 6 .1 1
M 0 .01 A P HH 1
LLL 22 1 1 A BACK
LUL 250 1 1 A TOTL
END
GO
由于我們要實施DOE曲面，我們選擇指定五個視場進(jìn)行校正。 當(dāng)使用任何類型的非球面時，這是一個好習(xí)慣，因為否則可能會在指定的位置進(jìn)行較好的校正，在其它未定義的視場進(jìn)行較差的校正。
我們還為每種情況的曲率半徑指定了四個不同的起始值，依次進(jìn)行研究。 請記住，即使對初始條件進(jìn)行少量更改也可以將DSEARCH發(fā)送到鏡頭設(shè)計樹的不同分支，這將使搜索的案例數(shù)量增加四倍。
我們運行這個MACro并且看到從DSEARCH回來的最好的鏡頭不是太好 - 但是你確定，只使用五個透鏡，就能滿足這些視場和速度的要求么？
我們可以通過請求更多的元件來獲得更好的結(jié)果 - 但是我們希望通過將其中一個鏡頭更改為DOE來看看我們可以獲得多少改進(jìn)。 該程序為我們創(chuàng)建了一個優(yōu)化MACro，使得繼續(xù)優(yōu)化和模擬退火非常容易。 我們來試試DOE。 我們在頂部添加另一條MACro。 （“ADA”表示自動DOE分配。）
ADA 5 QUIET
PANT
VY 0 YP1
VLIST RD ALL
VLIST TH ALL
VY 1 GLM
VY 3 GLM
VY 5 GLM
VY 7 GLM
VY 9 GLM
END
AANT P AEC
ACC
GSR 0.700000 5.000000 4 2 0.000000
GSR 0.700000 5.000000 4 1 0.000000
GSR 0.700000 5.000000 4 3 0.000000
GNR 0.700000 3.000000 4 2 0.400000
GNR 0.700000 3.000000 4 1 0.400000
GNR 0.700000 3.000000 4 3 0.400000
GNR 0.700000 3.000000 4 2 0.600000
GNR 0.700000 3.000000 4 1 0.600000
GNR 0.700000 3.000000 4 3 0.600000
GNR 0.700000 3.000000 4 2 0.850000
GNR 0.700000 3.000000 4 1 0.850000
GNR 0.700000 3.000000 4 3 0.850000
GNR 0.700000 3.000000 4 2 1.000000
GNR 0.700000 3.000000 4 1 1.000000
GNR 0.700000 3.000000 4 3 1.000000
ACA 60 .1 1
M 0 .01 A P HH 1
LLL 22 1 1 A BACK
LUL 250 1 1 A TOTL
END
SNAP/DAMP 1
SYNOPSYS 40
該程序發(fā)現(xiàn)表面1使用DOE效果最好。
command ASY shows the data of this DOE.
SPECIAL SURFACE DATA
______________________________________________________________________________
SURFACE NO. 1 -- UNUSUAL SURF TYPE 16 (SIMPLE DOE)
WAVELENGTH OF OPD DEFINITION: 0.587600
Nd, Vd OF DOE MATERIAL: 1.517000 55.000000
NORMALIZING RADIUS: 61.613800
DIFFRACTION ORDER: -1
XD 1 -0.000671 (CV) XD 11 1.852479E-06 (R**2) XD 12 2.816262E-06 (R**4)
XD 13 5.395981E-06 (R**6) XD 14 6.889557E-06 (R**8)
這只是一個非常小的改進(jìn)。 我們很好奇如果我們增加第二個DOE將會發(fā)生什么。 這很容易測試。 將變量添加到我們剛剛添加的DOE術(shù)語的PANT文件中。
VY 1 G 16
VY 1 G 26
VY 1 G 27
VY 1 G 28
VY 1 G 29
然后再次運行MACro。 這次它需要表面9的DOE。
評價函數(shù)有很大改進(jìn)。 我們修改了PANT文件，因此它會改變兩個DOE上的系數(shù)，并包括一些高階項。 系數(shù)G32是12次冪系數(shù)，而ADA的默認(rèn)值僅為8次冪。 （我們謹(jǐn)慎地注銷ADA命令，所以我們沒有得到第三個DOE�。�
!ADA 5 QUIET
PANT
VY 0 YP1
VLIST RD ALL
VLIST TH ALL
VY 1 GLM
VY 3 GLM
VY 5 GLM
VY 7 GLM
VY 9 GLM
VY 1 G 16
VY 1 G 26
VY 1 G 27
VY 1 G 28
VY 1 G 29
VY 1 G 30
VY 1 G 31
VY 1 G 32
VY 9 G 16
VY 9 G 26
VY 9 G 27
VY 9 G 28
VY 9 G 29
VY 9 G 30
VY 9 G 31
VY 9 G 32
END
…
現(xiàn)在我們再次運行它，然后模擬退火。
哇！ 當(dāng)使用兩個DOE進(jìn)行優(yōu)化時，DSEARCH返回的鏡頭的評價函數(shù)從0.944下降到0.061。 （L19L1）看到我們需要多少球面元件來獲得這種質(zhì)量會很有趣，但我們會為學(xué)生留下這個練習(xí)。 肯定會超過五個。
RLE
ID 5-ELEMENT LENS FOR DOE STUDY 189
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000001100 12
WAVL .6563000 .5876000 .4861000
APS 1 UNITS MM
OBB 0.000000 25.00000 12.00000 -40.75533 0.00000 0.00000 12.00000 0 AIR
1 CV 0.0000000000000 TH 17.18886085
1 GLM 1.50000000 73.64948718 1 USS 16
CWAV 0.587600
HIN 1.517000 55.000000
RNORM 61.6138
1 XDD 1 -2.3573567E-03 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00
1 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 1 XDD 3 1.6576954E+01 -1.5772577E+02 5.5355850E+02 -1.2824350E+03 2.0288263E+03
1 XDD 4 -1.6583719E+03 5.4539892E+02 0.0000000E+00 0.0000000E+00
2 RAD 83.7333797612760 TH 133.80801226 AIR
3 RAD 145.6651342237978 TH 12.84766300
3 GLM 1.90000000 37.62897436
4 RAD -936.8282816530643 TH 36.68042679 AIR
5 RAD 77.0117799868350 TH 7.56136252
5 GLM 1.60190936 64.47241855
6 RAD 300.9357930535547 TH 2.49443964 AIR
7 RAD -321.5452747117334 TH 6.92345376
7 GLM 1.81849484 24.49789036
8 RAD 80.4305830784560 TH 14.77333385 AIR
9 CV 0.0000000000000 TH 17.77216658
9 GLM 1.89731741 37.87054525
9 USS 16
CWAV 0.587600
HIN 1.517000 55.000000
RNORM 17.8887
9 XDD 1 3.7006321E-03 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00
9 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00
9 XDD 3 7.5557923E+01 -1.1770634E+01 1.0593009E+01 -1.4354614E+01 1.1908357E+01
9 XDD 4 -4.9678199E+00 8.1921021E-01 0.0000000E+00 0.0000000E+00
10 RAD -155.4022209171318 TH 127.09309610 AIR
10 CV -0.00643491
10 UMC -0.14285714
10 TH 127.09309610
10 YMT 0.00000000
11 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
本課程展示了如何將鏡頭表面轉(zhuǎn)換為DOE可以顯著提高圖像質(zhì)量 - 或者讓您以更少的元件獲得所需的質(zhì)量。 當(dāng)然，這完全取決于鏡頭供應(yīng)商是否可以制造DOE。 這些可能不太容易。 這是表面2處的DMASK配置文件：
這是表面9的輪廓
第二個可能是對加工廠的挑戰(zhàn)。 我們來看一下空間頻率。 使用MMA打開MAP對話框，選擇HSFREQ over PUPIL，對象點0，Ray Pattern CREC 9，DIGITAL和Execute。 最高頻率在邊緣處超過7 c / mm。 這看起來很不錯，但這當(dāng)然取決于制作它們加工廠的能力和技術(shù)。
我們希望隨著這項技術(shù)的改進(jìn)，這里提出的設(shè)計將變得越來越實用。 無論如何，最好是先于技術(shù)而不是跑到后面試圖跟上。 正如您所見，SYNOPSYS™的ADA功能處于領(lǐng)先地位。 我們邀請具有DOE能力的鏡頭供應(yīng)商對本課進(jìn)行評論，并可能提供他們今天所理解的見解和設(shè)計權(quán)衡。
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