课程十九：DOE在现代镜头设计中的应用
在本课中，我们将重新设计一个5片镜片的镜头，然后在某处添加衍射光学元件（DOE），查看是否可以改善其性能。
通过 MDS 对话框中的定义选项将创建一个 MACro，它将运行 DSEARCH 命令，并填充所有数据。
该设计将输入 F / 3.5，半视场角为25度，孔径为12毫米。我们选择使用 SPECIAL AANT 代码来控制后焦，这样可以使后焦长度大于 22 毫米。我们还要求主光线角度不能过大。
当我们单击 OK 按钮时，程序会加载我们的 MACRO。我们在顶部添加了 CORE 16指令，以加快我们的8核超线程 PC 的速度，并指定一个长延迟（因此它不会要求中止其他内核，这可能需要更长时间）和一个数量为 6 的网格（因为非球面和 DOE 会导致高阶孔径像差）。 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 TOTLENDGO
我们要设计 DOE 曲面，需要选择五个视场进行校正。
我们还为每种情况的曲率半径指定了四个不同的起始值，依次进行研究。请记住，即使对初始条件进行少量更改也可能将 DSEARCH 发送到镜头设计树的不同分支，这将使搜索的案例数量增加四倍。
我们运行这个 MACro 并且看到从 DSEARCH 返回的最好镜头，点击按钮，模拟退火(50, 2, 50),并不能满足我们的要求。
我们可以通过增加更多的镜片数来获得更好的结果--但是我们希望，通过将其中一个镜头，更改为 DOE 来改进我们的镜头。该程序为我们创建了一个优化 MACro，使得继续优化和模拟退火非常容易。让我们来试试 DOE。在顶部添加另一条 MACro。（“ADA”表示自动 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 0.500000 5.000000 4 1 0.000000 GSR 0.500000 5.000000 4 2 0.000000 GSR 0.500000 5.000000 4 3 0.000000 GNR 0.500000 3.000000 4 1 0.400000 GNR 0.500000 3.000000 4 2 0.400000 GNR 0.500000 3.000000 4 3 0.400000 GNR 0.500000 3.000000 4 1 0.600000 GNR 0.500000 3.000000 4 2 0.600000 GNR 0.500000 3.000000 4 3 0.600000 GNR 0.500000 3.000000 4 1 0.850000 GNR 0.500000 3.000000 4 2 0.850000 GNR 0.500000 3.000000 4 3 0.850000 GNR 0.500000 3.000000 4 1 1.000000 GNR 0.500000 3.000000 4 2 1.000000 GNR 0.500000 3.000000 4 3 1.000000 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 1.00000 SYNOPSYS 100
运行 DSEARCH_OPT.MAC 点击
按钮，模拟退火 (50, 2, 50）
该程序发现表面 9 使用 DOE 效果最好。
我们尝试增加第二个 DOE。将变量添加到 DOE 项的 PANT 文件中,
VY 9 G 16
VY 9 G 26
VY 9 G 27
VY 9 G 28
VY 9 G 29
再次运行 DSEARCH_OPT,
在 Command Window 中输入 ASY, 这次在表面 3 添加了 DOE
评价函数会有很大改进。我们修改了PANT文件，因此它会改变两个DOE上的系数，并包括一些高阶项。系数G32是12次幂系数，而ADA的默认值仅为8次幂。（我们注销ADA 5 QUIET命令和VY 0 YP1，所以没有得到第三个DOE！） !ADA 5 QUIET PANT !VY 0 YP1 VLIST RD ALL VLIST TH ALL VLIST GLM ALL VY 3 G 16 VY 3 G 26 VY 3 G 27 VY 3 G 28 VY 3 G 29 VY 3 G 30 VY 3 G 31 VY 3 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 AANT P AEC ACC GSR 0.500000 5.000000 6 1 0.000000 GSR 0.500000 5.000000 6 2 0.000000 GSR 0.500000 5.000000 6 3 0.000000 GNR 0.500000 3.000000 6 1 0.400000 GNR 0.500000 3.000000 6 2 0.400000 GNR 0.500000 3.000000 6 3 0.400000 GNR 0.500000 3.000000 6 1 0.600000 GNR 0.500000 3.000000 6 2 0.600000 GNR 0.500000 3.000000 6 3 0.600000 GNR 0.500000 3.000000 6 1 0.850000 GNR 0.500000 3.000000 6 2 0.850000 GNR 0.500000 3.000000 6 3 0.850000 GNR 0.500000 3.000000 6 1 1.000000 GNR 0.500000 3.000000 6 2 1.000000 GNR 0.500000 3.000000 6 3 1.000000 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 SNAP 10/DAMP 1.00000 SYNOPSYS 100
现在我们再次运行它，然后模拟退火(50, 2 ,50)
当使用 DOE 进行优化时，DSEARCH 返回的镜头的评价函数从 0.96 下降到了 0.04。（L19L1）思考我们需要多少球面元件来获得这种质量，您可以自己尝试练习 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
本课程展示了如何将镜头表面转换为 DOE 可以显著提高图像质量 - 或者让您以更少的元件获得所需的质量。当然，这完全取决于镜头供应商是否可以制造 DOE。这些可能不太容易。
这是表面 3 处的 DMASK 配置文件：在命令窗口输入 DMASK 3 PROFILE
这是表面 9 处的 DMASK 配置文件：在命令窗口输入 DMASK 9 PROFILE
第二个可能对加工厂是一项挑战。我们来看一下空间频率。使用 MMA 打开 MAP 对话框，选择选中 HSFREQ ，选中光瞳点，在表面 = 9，设置 y 视场点 = 0 选中 CREC，设置网格数 = 9，选中 DIGITAL，点击执行。最高频率在边缘处超过7 c / mm。这看起来很不错，但这当然取决于制作它们加工厂的能力和技术。
我们希望随着这项技术的改进，这里提出的设计将变得越来越实用。正如您所见，SYNOPSYS™ 的 ADA 功能处于领先地位。
