| 小火龍果 | 2022-06-14 14:47 |
SYNOPSYS 有獎?wù)魑膩砀?三SYNOPSYS光學(xué)設(shè)計實例分享 作者：陸柏 近年來，SYNOPSYS從眾多光學(xué)設(shè)計軟件中脫穎而出，熱度越來越高。作為世界上主流的光學(xué)設(shè)計軟件之一，除了基本功能，SYNOPSYS具有目前世界上運算速度最快的PSD優(yōu)化算法，其運算速度遠超傳統(tǒng)的阻尼最小二乘法。其次，在光學(xué)設(shè)計中，好的初始結(jié)構(gòu)往往能讓我們更快更高效的達成設(shè)計目標(biāo)，而通常獲取初始結(jié)構(gòu)的方法是通過大量計算，或者參考同類型產(chǎn)品和相關(guān)專利。但在SYNOPSYS中，使用DSEARCH（定焦結(jié)構(gòu)搜索）和ZSEARCH（變焦結(jié)構(gòu)搜索）功能，只需要輸入設(shè)計目標(biāo)參數(shù)，系統(tǒng)在幾分鐘之內(nèi)就可以給出多達10個最接近要求的初始結(jié)構(gòu)以供選擇。如果還不滿意，不妨再多花幾分鐘重新搜索一遍。 接下來以一個經(jīng)典的定焦攝影鏡頭為例，感受一下SYNOPSYS如何快速得將我們的想法轉(zhuǎn)化為一個實際可用的鏡頭。初期目標(biāo)是設(shè)計一個焦距50mm，F(xiàn)NUM 1.8的照相鏡頭，目前市面上大部分都是采用6-7片式的結(jié)構(gòu)，但是其中都加入了非球面。這里嘗試僅使用球面鏡片來完成這個目標(biāo)。 [attachment=112876] 圖1.DSEARCH界面�？梢栽诿畲翱谳斎隡DS打開，或者從頂部工具欄的優(yōu)化+設(shè)計搜索里的DSEARCH搜索打開 運行DSEARCH之后，得到10個與設(shè)計目標(biāo)最接近的初始結(jié)構(gòu)，和系統(tǒng)自動生成的優(yōu)化宏�？梢钥吹剑捎谒阉鲿r設(shè)置的是8片鏡片，系統(tǒng)自動計算當(dāng)每一片鏡片分別為正透鏡或者負透鏡時的情況，總共2^8=256種，并從中篩選出10個評價函數(shù)最小的初始結(jié)構(gòu)，而這項工作SYNOPSYS僅用了幾分鐘的時間。 選擇其中一個初始結(jié)構(gòu)，查看它的一階特性，像差，RMS光斑，MTF，相對照度等參數(shù)，發(fā)現(xiàn)距離我們最終目標(biāo)還有一定的差距。在優(yōu)化宏里增加更多，更詳細精確的優(yōu)化命令，邊界條件，運行優(yōu)化宏并且使用退火這個全局優(yōu)化功能使當(dāng)前的鏡頭的評價函數(shù)值盡可能小。這通常意味著鏡頭也越來越好，但是需要注意的是，這跟我們設(shè)置的各個評價函數(shù)的權(quán)重也有關(guān)系，需要時刻關(guān)注各個參數(shù)的變化，以免鏡頭朝著一個錯誤或者極端的方向優(yōu)化。 [attachment=112878] 圖2.DSEARCH返回的10個初始結(jié)構(gòu) 圖3.選擇的初始結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)自動生成的優(yōu)化宏 圖4.初始結(jié)構(gòu)的一階參數(shù)，橫向色差及畸變 圖5.全視場RMS光斑曲線 圖6.多視場衍射MTF 不斷地調(diào)整優(yōu)化命令和權(quán)重，運行優(yōu)化和退火，直到當(dāng)前結(jié)構(gòu)最評價函數(shù)值已經(jīng)接近極限時，我們發(fā)現(xiàn)與設(shè)計目標(biāo)仍有差距，于是在優(yōu)化宏里增加一條簡單的命令- AEI 1-自動在當(dāng)前結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上在最合適的位置，增加一片讓鏡頭更好的鏡片。 圖7使用.AEI命令增加一片鏡片后的9片式結(jié)構(gòu) 圖8.鏡片數(shù)量為10片時的鏡頭結(jié)構(gòu) 此時鏡頭的RMS光斑和MTF已經(jīng)接近設(shè)計要求，于是我們繼續(xù)調(diào)整權(quán)重，將鏡片的材料替換為成都光明玻璃庫里的真實玻璃，設(shè)置光闌。最終在10片球面鏡的結(jié)構(gòu)下，達成了設(shè)計目標(biāo)。 圖9.最終鏡頭結(jié)構(gòu) 圖10.最終RMS光斑曲線 圖11.最終衍射MTF曲線 在極短的時間內(nèi)，將一個想法轉(zhuǎn)換為了一個成像質(zhì)量非常高的鏡頭，我們只需要清楚我們的目標(biāo)，修改優(yōu)化宏，調(diào)整權(quán)重，其他的交給SYNOPSYS。除了優(yōu)化速度快，初始結(jié)構(gòu)易獲取，自動增刪元件等功能，SYNOPSYS中還有比如自動尋找非球面、衍射面，自動搜索最佳的玻璃組合，自動輸出變焦鏡頭的凸輪曲線等等高效且實用的功能待我們探索。 |
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