專利名稱：用于優(yōu)化光學(xué)和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的系統(tǒng)和方法
相關(guān)申請本申請要求于2003年12月1日提交的、題為“設(shè)計具有波前編碼光學(xué)成像系統(tǒng)”的第60/526,216號美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，并將其全部內(nèi)容通過引用而并入本文。
背景技術(shù)：
光電系統(tǒng)經(jīng)常包含多種光學(xué)、電子以及機械元件；這些元件有時構(gòu)成單獨的子系統(tǒng)。例如，諸如數(shù)字蜂窩式照相手機的光電系統(tǒng)包括構(gòu)成光學(xué)子系統(tǒng)的光學(xué)元件(例如，鏡頭元件)和構(gòu)成數(shù)字子系統(tǒng)的電子元件(例如，信號處理器)。這些子系統(tǒng)合作以例如捕獲光學(xué)圖像并產(chǎn)生數(shù)字圖片。
設(shè)計光電系統(tǒng)以實現(xiàn)一種或多種預(yù)期的目的可能是一項困難的任務(wù)。為了實現(xiàn)設(shè)計目標，經(jīng)常會過設(shè)計(over-designed)所述光電系統(tǒng)，從而增加了設(shè)計過程的成本和開發(fā)時間。另外，當光電系統(tǒng)既包括光學(xué)子系統(tǒng)又包括數(shù)字子系統(tǒng)時，通常單獨設(shè)計和優(yōu)化這些子系統(tǒng)。典型地，例如，首先選擇和優(yōu)化光學(xué)子系統(tǒng)的方案，然后基于光學(xué)子系統(tǒng)的輸出來單獨設(shè)計信號處理子系統(tǒng)。
在開發(fā)前述現(xiàn)有技術(shù)的光電系統(tǒng)時，可以采用商業(yè)上可獲得的軟件設(shè)計包。例如，利用Zemax開發(fā)公司的Zemax軟件或光學(xué)研究協(xié)會的CODE-V軟件來設(shè)計和優(yōu)化所述光學(xué)子系統(tǒng)。利用例如Math Works公司的MATLAB或定制的C/C++代碼來設(shè)計數(shù)字子系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，軟件產(chǎn)品具有存儲在計算機可讀介質(zhì)上的指令，其中，當該指令被計算機執(zhí)行時，該指令執(zhí)行用于優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的步驟。所述軟件產(chǎn)品包括用于模擬光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的光學(xué)模型的指令、用于模擬數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)字模型的指令、用于分析光學(xué)模型的模擬輸出和數(shù)字模型的模擬輸出以產(chǎn)生分數(shù)的指令、以及用于基于該分數(shù)來修改所述光學(xué)模型和數(shù)字模型的指令。
在另一個實施例中，軟件產(chǎn)品具有存儲在計算機可讀介質(zhì)上的指令，其中，當計算機執(zhí)行該指令時，該指令執(zhí)行用于優(yōu)化具有波前編碼的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的步驟。所述軟件產(chǎn)品包括用于模擬光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的光學(xué)模型的指令、用于分析光學(xué)模型的模擬輸出以產(chǎn)生分數(shù)的指令、以及用于基于該分數(shù)來修改光學(xué)模型的指令(包括在所述光學(xué)模型內(nèi)實現(xiàn)相位改變光學(xué)器件)。
在另一個實施例中，一種方法優(yōu)化了光學(xué)和數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計。光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的光學(xué)模型被生成。數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)字模型被生成。對模擬的光學(xué)模型和數(shù)字模型的輸出進行分析以產(chǎn)生分數(shù)。對該分數(shù)進行處理以確定模擬輸出是否達到了一個或多個目標。如果未達到目標，則修改至少所述光學(xué)模型和數(shù)字模型之一的一個或多個屬性。分析、處理和修改步驟被重復(fù)，直到達到目標為止，并且根據(jù)所述光學(xué)模型和數(shù)字模型來生成優(yōu)化的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)化的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計。
在另一個實施例中，一種系統(tǒng)優(yōu)化了光學(xué)和數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計。所述系統(tǒng)具有光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的光學(xué)模型、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)字模型、用于模擬所述光學(xué)模型的光學(xué)模擬器、用于模擬所述數(shù)字模型的數(shù)字模擬器、用于分析光學(xué)模型和數(shù)字模型的模擬輸出以產(chǎn)生分數(shù)的分析器、以及用于基于該分數(shù)來修改所述光學(xué)模型和數(shù)字模型的優(yōu)化器。


圖1示出了用于優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的一個示例性的系統(tǒng)實施例；圖2示出了用于優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的一個示例性的系統(tǒng)實施例；圖3圖示了組件的工作區(qū)操作；圖4示出了利用組件來優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的一個示例性的系統(tǒng)實施例；圖5示出了用于優(yōu)化具有相位改變光學(xué)器件的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的一個示例性的系統(tǒng)實施例；圖6是圖解說明用于具有相位改變光學(xué)器件的數(shù)字系統(tǒng)模型和光學(xué)系統(tǒng)模型的一個示例性的過程實施例的流程圖；圖7是圖解說明用于具有相位改變光學(xué)器件的數(shù)字系統(tǒng)模型和光學(xué)系統(tǒng)模型的一個示例性的過程實施例的流程圖；圖8是圖解說明根據(jù)一個實施例的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的并行優(yōu)化的示意圖；圖9是圖解說明根據(jù)一個實施例的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的分布式優(yōu)化的示意圖；圖10圖解說明了用于優(yōu)化根據(jù)一個實施例的光學(xué)和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的組件之間的示例性的關(guān)系；圖11示出了根據(jù)一個實施例的圖10的關(guān)系的示例性的細節(jié)；圖12是圖解說明增透系統(tǒng)的一種示例性的設(shè)計方法學(xué)的操作圖；圖13示出了圖解說明在一個實施例中的一種設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)的操作的計算機屏幕顯示；圖14示出了圖13的設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)的操作之后的計算機屏幕顯示；圖15示出了用于紅外自導(dǎo)頭的一種示例性的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計；圖16示出了根據(jù)不具有波前編碼的圖15的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計確定的示例性的光點曲線圖；圖17示出了探測器位于不具有波前編碼的圖15的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的最佳焦點的情況下，對于圖像平面中切矢場點和弧矢場點的一個示例性多色衍射MTF；圖18示出了探測器與不具有波前編碼的圖15的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的最佳焦點距離為-100μm的情況下，對于圖像平面中切矢場點和弧矢場點的一個示例性的多色衍射MTF；圖19示出了探測器與不具有波前編碼的圖15的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的最佳焦點距離為+100μm的情況下，對于圖像平面中切矢場點和弧矢場點的一個示例性的多色衍射MTF；圖20示出了對于不具有波前編碼的圖15的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計、以及對于探測器的±100μm位移的示例性PSF；
圖21示出了根據(jù)具有優(yōu)化的波前編碼的圖15的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計確定的示例性光點曲線圖；圖22示出了探測器位于具有優(yōu)化的波前編碼的圖15的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的最佳焦點的情況下，對于圖像平面中切矢場點和弧矢場點的一個示例性的多色衍射MTF；圖23示出了探測器與具有優(yōu)化的波前編碼的圖15的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的最佳焦點距離為-100μm的情況下，對于圖像平面中切矢場點和弧矢場點的一個示例性的多色衍射MTF；圖24示出了探測器與具有優(yōu)化的波前編碼的圖15的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的最佳焦點距離為+100μm的情況下，對于圖像平面中切矢場點和弧矢場點的一個示例性的多色衍射MTF；圖25示出了對于具有優(yōu)化的波前編碼的圖15的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計、以及對于探測器的±100μm的位移的示例性PSF。
具體實施例方式
下面描述的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計包括一個或多個光學(xué)設(shè)計對象(例如，鏡頭、鏡面)，在制造所述對象時，其修改對象的電磁輻射的波前。所述波前限定了來自于對象的單個點的電磁輻射的恒定相位區(qū)域。例如，電磁輻射可以具有可見光范圍內(nèi)的波長，或者可以包含其他的光譜，例如，無線電頻率、微波、紅外線、紫外線、x射線以及宇宙射線范圍。
光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計可以指定使波前聚焦于焦平面的光學(xué)成像系統(tǒng)，以使物體成像于焦平面。然后可以采用焦平面陣列(例如，CCD，CMOS或微輻射計陣列)或定位于焦平面的探測器來捕獲圖像。然后，與焦平面耦合的電子裝置(例如，計算機)可以對捕獲的圖像進行數(shù)字處理以生成最終圖像。因而，光學(xué)成像系統(tǒng)、焦平面陣列以及電子裝置可以構(gòu)成光電系統(tǒng)。焦平面陣列和電子裝置的結(jié)合可以包括集成電路，現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，數(shù)字信號處理器(DSP)和/或臺式計算機中的軟件，因而，由焦平面陣列和電子裝置進行的數(shù)字處理在本文中有時被稱為“數(shù)字系統(tǒng)”。數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計可以描述數(shù)字系統(tǒng)的數(shù)字處理。
像用于光刻應(yīng)用中的光致抗蝕劑材料一樣，對電磁輻射敏感的材料可以定位于焦平面，而不是焦平面陣列或探測器。根據(jù)應(yīng)用，在焦平面內(nèi)的其他的示例性的探測器可以包括光學(xué)觀察器或視網(wǎng)膜。因此，光學(xué)和/或數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計也可以指定不同類型的探測器或材料。
光學(xué)和/或數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計可以可選地指定“基于任務(wù)”的光學(xué)-數(shù)字系統(tǒng)，例如，計算機輸出或用于人類可視化、機器視覺或處理、條形碼解碼、光學(xué)特征識別或生物測定學(xué)中的狀態(tài)?；谌蝿?wù)的光學(xué)-數(shù)字系統(tǒng)可以不形成人類可解釋的圖像；或者，如果形成了人類可解釋的圖像，那么該圖像也不與任務(wù)的效用連接在一起，或者被縮小到完成任務(wù)所必需的最小信息量。
光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計可以進一步指定機械對象(例如，光學(xué)殼體)，以便將光學(xué)元件耦合在一起。屏蔽(baffling)是可以由光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計指定以減少光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的散射光的另一種類型的機械對象。機械對象可以進一步指定將焦平面陣列和/或電子裝置耦合到光學(xué)系統(tǒng)的殼體；在這種情況下，通常指定具有限定的容差的機械對象，以便焦平面陣列可以精確地定位于焦平面以捕獲清晰的圖像。
光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計可以指定處理多個波前的光學(xué)系統(tǒng)，例如，當光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的光學(xué)器件構(gòu)成兩個或多個焦平面時，或者當光學(xué)系統(tǒng)捕獲或處理反射的輻射時。
光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計可以進一步指定“相位改變光學(xué)器件”(例如，一個或多個鏡頭、鏡頭表面、全息圖、反射鏡表面、三維相位元件、衍射光學(xué)器件等)，以修改光學(xué)系統(tǒng)處理的波前的相位。所述相位改變光學(xué)器件用于使形成的圖像對諸如散焦和/或與散焦相關(guān)的像差的影響不敏感。在一個例子中，相位改變光學(xué)器件包括在一個修改波前的相位的光學(xué)器件上的光學(xué)表面，從而焦平面內(nèi)的光學(xué)成像系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)(“OTF”)對于散焦和/或與散焦相關(guān)的一種或多種像差是基本不變的。“基本不變”是指，例如，光學(xué)成像系統(tǒng)的OTF不會變化到降低或抑制光學(xué)系統(tǒng)描繪最終圖像的能力或者完成系統(tǒng)預(yù)期和/或足以執(zhí)行的任務(wù)的能力的程度。在另一個例子中，基本不變可以指，在由焦平面探測的通頻帶內(nèi)或數(shù)字處理所需的通頻帶的子頻帶內(nèi)不包含零點。在另一個例子中，基本不變可以指，空間域中的變化小于焦平面陣列的物理像素的尺寸，因而，根本不能探測這種變化。
光學(xué)-數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計被設(shè)計用來滿足一個或多個目標。示例性的目標包括光學(xué)系統(tǒng)形成的圖像的質(zhì)量或者基于任務(wù)的系統(tǒng)輸出的效用。目標還可以包括光學(xué)系統(tǒng)的一個或多個對象或參數(shù)，下面將對其更加詳細地限定。示例性的目標可以是光學(xué)系統(tǒng)滿足某些成本或尺寸的要求。
如下面所詳細描述的，光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的設(shè)計對象可以指定光學(xué)成像系統(tǒng)的物理部分(例如，鏡頭)。光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的參數(shù)可以指定一個或多個設(shè)計對象的物理和/或經(jīng)濟特征(例如，成本)。因此，設(shè)計對象的參數(shù)可以指定例如尺寸、材料、材料性質(zhì)、時間和空間相干性、波長(發(fā)射，吸收)、位置和/或形狀。
由計算機進行的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計在本文中有時指光學(xué)系統(tǒng)模型。類似地，計算機可以進行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計以生成數(shù)字系統(tǒng)模型。計算機可以采用軟件設(shè)計工具來生成這些模型。模型的參數(shù)被稱作“變量”，其具有隨光學(xué)、信號處理、機械、環(huán)境和/或其他因素(例如，成本)變化的范圍。
下面的專利和專利申請通過引用而并入本文題為“延伸的場深度光學(xué)系統(tǒng)”的第5,748,371號美國專利；題為“用于最小化成像系統(tǒng)中的像差效應(yīng)的系統(tǒng)和方法”的第10/813,993號美國申請以及題為“波前編碼成像系統(tǒng)的優(yōu)化圖像處理”的第10/376,924號美國申請。
圖1示出了圖解說明根據(jù)一個實施例的用于優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計13的設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12的方框圖。光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計13可以是指定預(yù)期的光學(xué)系統(tǒng)的初始的光學(xué)規(guī)范。光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計13輸入到設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12以生成光學(xué)系統(tǒng)模型16。在圖示的操作中，用戶可以交互式地通過設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12的圖形用戶界面(例如，如圖3和4所示)生成光學(xué)系統(tǒng)模型16。
在一個實施例中，設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12模擬光學(xué)系統(tǒng)模型16的機能以生成輸出16A。例如，輸出16A是由光學(xué)系統(tǒng)模型16的模擬生成的光瞳圖。但是，輸出16A可以包含如下面所詳細描述的附加的或不同的信息(例如，數(shù)字圖像數(shù)據(jù))。
分析器20處理輸出16A并產(chǎn)生分數(shù)(score)20A，該分數(shù)可以是單個數(shù)字。在該處理過程中，將分析器20內(nèi)的一個或多個指標(metric)20B與輸出16A進行比較以產(chǎn)生分數(shù)20A。在一個例子中，指標是圖像質(zhì)量指標，例如點擴散函數(shù)(PSF)；另一種圖像質(zhì)量指標是例如調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)。指標可以包括下面的非限定性的例子中的一個或多個來自給定的感興趣的空間頻帶內(nèi)的輸出16A的MTF中的最小功率；在較小的包圍的和臨近的中心區(qū)域(例如3×3區(qū)域)外部，來自輸出16A的再現(xiàn)的PSF中的總功率；指標20B已知的期望的PSF和輸出16A提供的再現(xiàn)的PSF的差值中的功率；光學(xué)和數(shù)字PSF以及通過計算導(dǎo)數(shù)而計算出的MTF的平滑度；當所有的系數(shù)之和等于1.0時，通過計算和的平方根值(系數(shù)的平方和的平方根)而測量的再現(xiàn)濾波器中的功率；以及由例如Zemax提供的任何數(shù)字、分析的組合或‘操作數(shù)’。
優(yōu)化器22通過將分數(shù)20A與可以由設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12的用戶指定的一個或多個設(shè)計目標24比較而對其進行處理。在該過程中，優(yōu)化器22可以確定對光學(xué)系統(tǒng)模型16進行優(yōu)化，或者，如果未對光學(xué)系統(tǒng)模型16進行優(yōu)化，設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12則響應(yīng)于優(yōu)化器22的輸出22A來修改光學(xué)系統(tǒng)模型16。如果對光學(xué)系統(tǒng)模型16進行了修改，則再次將光學(xué)系統(tǒng)模型16的模擬輸出與分析器20的指標20B進行比較以產(chǎn)生分數(shù)20A，從而，優(yōu)化器22可以再次確定是否有必要進一步修改。從而，優(yōu)化器22利用分析器20繼續(xù)反復(fù)修改光學(xué)系統(tǒng)模型16，直到達到設(shè)計目標24為止。
在一個操作例中，優(yōu)化器22通過將代表相位改變光學(xué)器件特征的一個或多個設(shè)計目標合并來修改光學(xué)系統(tǒng)模型16，以便更容易達到設(shè)計目標24。在圖6中圖解說明了實現(xiàn)相位改變光學(xué)器件的一個優(yōu)化過程；在圖7中圖解說明了實現(xiàn)相位改變光學(xué)器件的另一優(yōu)化過程。
例如，目標24可以指定與分數(shù)20A相關(guān)的通過/失敗條件。例如，目標24可以包括實現(xiàn)與光學(xué)設(shè)計模型16相關(guān)的設(shè)計對象的總的成本。
一旦達到設(shè)計目標24，設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12便輸出優(yōu)化的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計25，所述光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計25基于由優(yōu)化器22修改的光學(xué)系統(tǒng)模型16。光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計25包括指定滿足目標24的光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計對象的參數(shù)。設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12可以進一步輸出預(yù)測的性能39，其例如概括了優(yōu)化的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計25的性能。
分析器20和優(yōu)化器22可以是設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12的組件。如本文中所使用的，組件是可以在設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12內(nèi)實現(xiàn)和運行的執(zhí)行工具。通過設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12的圖形用戶界面，可以指定、拖動組件以及將其放入用戶的特殊光學(xué)和/或數(shù)字設(shè)計的工作區(qū)。例如，參照圖3和圖4。組件還可以具有腳本、宏或者編程能力。在一個實施例中，每個組件具有連接到其他組件的一個或多個“引腳(pin)”，以便彼此之間共享數(shù)據(jù)。引腳可以包含專門信息(expert knowledge)，其中，不相容的引腳不能夠共享數(shù)據(jù)。組件具有也可以共享的某些特性(例如，文本串)。組件甚至可以是共享為輸出16A的光瞳圖；因此，可以從單獨模擬光學(xué)系統(tǒng)組件16的外部程序?qū)⑦@種光瞳圖輸入到設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12。
圖2示出了圖解說明用于優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計13(1)的設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)實施例12(1)的方框圖，所述優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計13(1)包括光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計14和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計15。舉例來說，光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計14可以是光學(xué)系統(tǒng)的初始光學(xué)規(guī)范，數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計15可以是處理光學(xué)系統(tǒng)圖像的信號處理的初始設(shè)計。光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計14可以例如與圖1的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計13類似。如現(xiàn)在所描述的，設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(1)除了還生成優(yōu)化的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計28之外，可以起到與圖1的設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12類似的作用。
系統(tǒng)設(shè)計13(1)輸入到設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(1)以生成系統(tǒng)模型16(1)。系統(tǒng)模型16(1)示意性地包括分別代表光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計14和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計15的光學(xué)系統(tǒng)模型17和數(shù)字系統(tǒng)模型18。用戶可以在設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(1)的圖形用戶界面(如圖3所示)內(nèi)交互式地生成系統(tǒng)模型16(1)、分析器20(1)以及優(yōu)化器22(1)。
在一個實施例中，設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(1)模擬系統(tǒng)模型16(1)的功能而產(chǎn)生輸出16A(1)。輸出16A(1)可以包括由光學(xué)系統(tǒng)模型17模擬產(chǎn)生的光瞳圖以及與數(shù)字系統(tǒng)模型18的處理有關(guān)的比特流信息。但是，輸出16A(1)可以包含附加的或不同的信息，例如，產(chǎn)生數(shù)據(jù)的條件或配置、強度分布、成像的對象的模擬(例如，字母“F”的圖像的估計)、互強度函數(shù)、在所有的縱坐標中具有矢量信息的電磁場和/或下面描述的數(shù)字處理信息。
設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(1)包括用于處理輸出16A(1)以產(chǎn)生分數(shù)20A(1)的分析器20(1)。如上所述，分析器20(1)可以利用一種或多種指標20B(1)來確定分數(shù)20A(1)。指標20B(1)既適用于光學(xué)系統(tǒng)模型17也適用于數(shù)字系統(tǒng)模型18。分析器10(1)對來自每個指標20B(1)的結(jié)果進行加權(quán)和處理，以形成分數(shù)20A(1)?？梢岳缬捎脩艉?或由算法來確定每個指標20B(1)的加權(quán)。
優(yōu)化器22(1)對分數(shù)20A(1)進行處理并確定系統(tǒng)模型16(1)相對于目標24(1)的性能，目標24(1)可以由用戶重新指定(例如，用戶定義的目標23(1))以輸入到優(yōu)化器22(1)。如果未對系統(tǒng)模型16(1)進行優(yōu)化，設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(1)則響應(yīng)于優(yōu)化器22(1)的輸出22A(1)來修改光學(xué)系統(tǒng)模型17和/或響應(yīng)于優(yōu)化器22(1)的輸出38來修改數(shù)字系統(tǒng)模型18。如果系統(tǒng)模型17或18之一被修改，設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(1)則再次模擬系統(tǒng)模型16(1)，并且分析器20(1)對輸出16A(1)進行打分而產(chǎn)生新的分數(shù)20A(1)。從而，優(yōu)化器22(1)繼續(xù)反復(fù)修改系統(tǒng)模型17和18，直到達到設(shè)計目標24(1)為止。
一旦達到設(shè)計目標24(1)，設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(1)便可以輸出優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計25(1)，所述系統(tǒng)設(shè)計25(1)基于由優(yōu)化器22(1)修改的系統(tǒng)模型16(1)。如圖所示，優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計25(1)包括優(yōu)化的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計26和優(yōu)化的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計28。如下面所詳細描述的，數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計28可以包括電子說明書、比特流濾波器、模擬結(jié)果和/或其他信息，例如，用于專門在定制的硬件中實現(xiàn)的有限位數(shù)的量化值的、二進制IEEE浮點值和整數(shù)值的多種表示法中的濾波器核心系數(shù)，成本和功率、門數(shù)以及最大速度的估計，外部輸入/輸出、通信或硬件中的附加的邏輯的約束，允許的數(shù)據(jù)值或最大數(shù)據(jù)尺寸或位數(shù)的約束，與在諸如降噪或顏色處理中的參數(shù)化處理的固定或可變參數(shù)有關(guān)的值，以及與優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計25(1)的信號處理有關(guān)的模擬中使用的優(yōu)化參數(shù)、調(diào)整因數(shù)或方法。
在一個操作例中，優(yōu)化器22(1)通過將代表相位改變光學(xué)器件特征的一個或多個設(shè)計對象合并來修改光學(xué)系統(tǒng)模型16(1)，以便更容易達到設(shè)計目標24(1)。在圖6中圖解說明了實現(xiàn)相位改變光學(xué)器件的一個優(yōu)化過程；在圖7中圖解說明了實現(xiàn)相位改變光學(xué)器件的另一優(yōu)化過程。
因此，優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計25(1)可以包括指定滿足目標24(1)的光電系統(tǒng)的設(shè)計對象的參數(shù)。設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(1)可以輸出預(yù)測的性能39(1)，其概括了優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計25(1)的性能。
如上所述，分析器20(1)和優(yōu)化器22(1)可以是設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(1)的組件；可以將這些組件作為諸如現(xiàn)在結(jié)合圖3描述的運行工具來操作。
特別地，圖3圖解說明了包含四個示例性組件40(1)-40(4)的工作區(qū)48(例如，設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12或12(1)的圖形用戶界面(GUI)的一部分)的操作。如圖所示，每個組件具有一個或多個輸入引腳42(1)-42(4)以及一個或多個輸出引腳44(1)-44(6)。如本文中所使用的，“引腳”具有組件的輸入、輸出、輸入/輸出或三態(tài)特征，并且以數(shù)據(jù)類型為特征?？梢岳盟鯣UI(例如，如圖4所示)來連接引腳。在各種實施例中，某些引腳可以不與其他引腳連接，而其他引腳與一個或多個引腳連接。在圖3的例子中，組件40(1)的輸出引腳44(1)通過連接線46(1)與組件40(2)的輸入引腳42(2)連接，并且通過連接線46(2)與組件40(4)的輸入引腳42(4)連接。由于引腳可以包含專門信息，因此可以防止用戶連接不能夠共享數(shù)據(jù)的引腳。
因此，組件可以代表可由用戶操作的多種運行工具。示例性的組件可以包括探測組件、采樣組件、噪聲模擬組件、線性和非線性信號處理組件、均方根分析組件、基于人類觀察者的組件、分析組件(例如，分析器20、20(1))、優(yōu)化組件(例如，優(yōu)化器22、22(1))、圖形顯示組件、光學(xué)設(shè)計對象的傳播模型組件(例如，光學(xué)模型16、17)、自定義組件、輸出格式化信息(例如準備并輸出計算機數(shù)字控制工具的CNC宏，或自動為鏡頭制造者生成制造說明文件)的“封裝”組件、以及支持從外部設(shè)計和/或軟件系統(tǒng)(例如，諸如Zemax的光學(xué)設(shè)計包和諸如MATLAB的計算包)動態(tài)反復(fù)的輸入和向其動態(tài)反復(fù)的輸出的接口組件。
圖4示出了圖解說明根據(jù)一個實施例的設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(2)中的組件的功能的示意圖50。設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(2)連接到外部光學(xué)模擬器52和/或外部數(shù)字模擬器54并對其進行操作。設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(2)可以例如通過網(wǎng)絡(luò)連接到模擬器52和/或54，并與其通信。
在操作中，設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(2)優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計和/或數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計。設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(2)具有GUI 98，其方便了工作區(qū)92內(nèi)的工具箱56中模板組件的利用(例如，通過拖放操作)，以產(chǎn)生光學(xué)和/或數(shù)字設(shè)計模型(例如，圖2的系統(tǒng)模型16(1))。
示意性示出了具有八個示例性組件模板58、60、62、64、66、68、70和72的工具箱56，可以利用例如鼠標來將所述組件模板拖放到工作區(qū)92中。外部輸入模板58是用于外部輸入組件的模板，所述外部輸入組件允許設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(2)接收來自外部包(例如，來自外部光學(xué)模擬器52)的輸入。外部輸出模板60是用于外部輸出組件的模板，所述外部輸出組件允許設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(2)向外部包(例如，向外部光學(xué)模擬器52)發(fā)送輸出。傳播模板62是用于傳播組件的組件模板，所述傳播組件模擬光學(xué)模型內(nèi)(例如，圖2的光學(xué)系統(tǒng)模型17)的信號傳播。信號處理模板64是用于信號處理組件的模板，所述信號處理組件模擬數(shù)字系統(tǒng)模型(例如，圖2的數(shù)字系統(tǒng)模型18)的信號處理。探測模板66是用于探測組件的模板，所述探測組件模擬諸如焦平面陣列(“FPA”)的探測器。探測模板66還允許來自外部探測裝置(例如，諸如照相機的電荷耦合器件(“CCD”))的輸入被設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(2)選擇使用。顯示模板68是用于顯示組件的模板，所述顯示組件允許例如在GUI98內(nèi)顯示圖像信息和其他信息。分析/指標模板70是用于分析組件(例如分析器20或20(1))的模板，所述分析組件對系統(tǒng)模型(例如，圖2的系統(tǒng)模型16(1))的模擬輸出(例如，輸出16A、16A(1))進行打分。優(yōu)化模板72是用于優(yōu)化組件(例如，優(yōu)化器22或22(1))的模板，所述優(yōu)化組件對照目標(例如，目標24或24(1))，對來自一個或多個分析/指標組件的分數(shù)(例如，輸出20A、20A(1))進行評估，以確定是否達到目標。為了達到目標，設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)(例如，圖2的系統(tǒng)12(1))利用優(yōu)化組件的輸出反復(fù)修改系統(tǒng)模型。
從而可以在工作區(qū)92內(nèi)將工具箱56中的模板組合以便優(yōu)化系統(tǒng)模型(例如，圖2的系統(tǒng)模型16(1))?？梢詣?chuàng)建新的模板組件并將其加入工具箱56中，例如利用組件編輯器96或程序設(shè)計語言，例如，由外部應(yīng)用程序定義的C/C++、MATLAB或宏語言。
繼續(xù)利用圖4的例子，從工具箱56中拖出外部輸入模板58并將其放入工作區(qū)92中，并且外部輸入模板58被示為外部輸入組件74。類似地，從工具箱56中拖出信號處理模板64并將其放入工作區(qū)92中，并且信號處理模板64被示為信號處理組件76；從工具箱56中拖出分析/指標模板70并將其放入工作區(qū)92中，并且分析/指標模板70被示為分析器組件78；從工具箱56中拖出優(yōu)化模板72并將其放入工作區(qū)92中，并且優(yōu)化模板72被示為優(yōu)化器組件80；從工具箱56中拖出外部輸出模板60并將其放入工作區(qū)92中，并且外部輸出模板60被示為外部輸出組件82。這些組件一旦被放入工作區(qū)92中，便可以將其連接以便在組件之間傳送數(shù)據(jù)。這種連接可以以圖形的方式實現(xiàn)，例如，利用如圖3中所圖示的鼠標；通過選擇組件并利用屬性編輯器94來設(shè)置其屬性；和/或通過相關(guān)的腳本、宏和/或程序設(shè)計語言。
在圖4的例子中，外部輸入組件74被配置(例如，利用屬性編輯器94)成接收來自外部光學(xué)模擬器52的輸入。外部光學(xué)模擬器52是例如商業(yè)上可獲得的光學(xué)設(shè)計包(例如，Zemax、Code V)。外部光學(xué)模擬器52被示出模擬光學(xué)系統(tǒng)模型17(1)以生成輸入到外部輸入組件74的輸出52(1)。外部光學(xué)模擬器52的輸出52(1)可以包含例如光瞳圖和/或與外部光學(xué)模擬器52對光學(xué)系統(tǒng)模型17(1)的模擬相關(guān)的其他信息。外部輸入組件74可以利用例如遠程程序調(diào)用來操作外部光學(xué)模擬器52。在一個實施例中，設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(2)的執(zhí)行可以由外部光學(xué)模擬器52啟動。
輸出52(1)還可以從外部輸入組件74傳輸?shù)叫盘柼幚斫M件76和/或分析器組件78。在該例中，信號處理組件76被配置成利用外部數(shù)字模擬器54來模擬數(shù)字系統(tǒng)模型18(1)。如圖所示，信號處理組件76和外部數(shù)字模擬器54之間的數(shù)據(jù)可以通過信號線90傳輸?？梢酝ㄟ^信號線90來共享單個處理器內(nèi)的存儲器，或者可以利用網(wǎng)絡(luò)標準通過平臺來通信。
在一個例子中，外部數(shù)字模擬器包含MATLAB，對MATLAB進行編程以模擬數(shù)字系統(tǒng)模型(1)，所述外部數(shù)字模擬器接收通過信號線90傳輸?shù)男盘柼幚斫M件76的輸入，并產(chǎn)生通過信號線90向信號處理組件76傳輸?shù)妮敵觥Ｔ撦敵隹梢园ㄓ赏獠繑?shù)字模擬器54處理的比特流信息。
分析器組件78被配置(例如，利用屬性編輯器94)成對信號處理組件76的輸出進行打分。優(yōu)化器組件80利用該分數(shù)來確定是否以及如何修改光學(xué)系統(tǒng)模型17(1)和/或數(shù)字系統(tǒng)模型18(1)。修改光學(xué)系統(tǒng)模型17(1)的指令通過外部輸出組件82并經(jīng)由通信路徑86而從優(yōu)化器組件80傳遞到外部光學(xué)模擬器52；修改數(shù)字系統(tǒng)模型18(1)的指令經(jīng)由通信路徑88而從優(yōu)化器組件80傳遞到信號處理組件76。因此，優(yōu)化器組件80可以直接通過通信路徑88來修改信號處理組件76的屬性，所述通信路徑88可以包含事先聲明的任何通信方法；并且信號處理組件76可以直接通過通信路徑90來修改數(shù)字系統(tǒng)模型18的參數(shù)。類似地，基于優(yōu)化器組件80的輸出，外部輸出組件82可以經(jīng)由通信路徑86來修改光學(xué)系統(tǒng)模型17(1)的參數(shù)。外部輸出組件82可以例如利用遠程程序調(diào)用而與外部光學(xué)模擬器52配合作用。
一旦采用圖4中示出的方式建立了設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(2)，設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(2)便可以起到像圖2的系統(tǒng)12(1)一樣的作用，從而基于自定義的目標23(1)來優(yōu)化光學(xué)和數(shù)字設(shè)計而使其滿足目標24(1)。
設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(2)可以包括更少或更多模板和組件，并且可以與零個、一個或多個外部模擬器配合作用，以便模擬和優(yōu)化系統(tǒng)模型。如果需要，任何一個組件的屬性可以被指定為對于優(yōu)化是可變的。屬性還可以被指定為固定、拾取以及算法屬性。與固定屬性有關(guān)的值在優(yōu)化期間是不可以修改的。拾取屬性可以具有基于另一個組件的屬性值的值。例如，拾取屬性可以被指定為另一個屬性值的兩倍。算法屬性具有由算法定義的值。例如，算法屬性值可以被指定為第一屬性值的兩倍加上第二屬性值的三倍。
圖5示出了一個用于優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(例如，圖2的系統(tǒng)設(shè)計13(1))的示例性的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100被示出具有計算機102和終端112。計算機102具有存儲裝置104、存儲器106以及處理器108。存儲裝置104可以例如是硬盤驅(qū)動器或其他非易失性存儲介質(zhì)。存儲裝置104被示出為具有設(shè)計優(yōu)化程序114、系統(tǒng)設(shè)計130、目標124以及優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計132。設(shè)計優(yōu)化程序114可以模擬圖2的設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(1)或圖4的系統(tǒng)12(2)的功能。設(shè)計優(yōu)化程序114被示意性示出具有GUI 116和工具箱122。GUI 116和工具箱122可以分別代表圖4的GUI 98和工具箱56。工具箱122被示出具有分析器模板118、優(yōu)化器模板120、光學(xué)模擬器模板126以及數(shù)字模擬器模板128。光學(xué)模擬器模板126代表模擬光學(xué)系統(tǒng)模型的組件模板。數(shù)字模擬器模板128代表模擬數(shù)字系統(tǒng)模型的組件模板。例如，光學(xué)模擬器模板128和數(shù)字模擬器模板128可以分別提供外部光學(xué)模擬器52和外部數(shù)字模擬器54的功能。系統(tǒng)設(shè)計130可以包括光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(例如，圖2的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計14)或者既包括光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計又包括數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(例如，圖2的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計15)。目標124可以代表圖2的目標24(1)和/或圖1的目標24。在一個操作例中，系統(tǒng)100的用戶利用終端112來生成指定期望的系統(tǒng)設(shè)計130的特征(例如，制造成本)的目標124。
處理器108可以將設(shè)計優(yōu)化程序114的一部分或全部裝載到在其中執(zhí)行的存儲器106。
在一個操作例中，用戶與設(shè)計優(yōu)化程序114相互配合以便在存儲器106內(nèi)生成工作區(qū)156。工作區(qū)156可以例如代表圖4的工作區(qū)92。如上所述，用戶可以將工具箱122中的模板拖放到工作區(qū)156中。工作區(qū)156被示出為具有光學(xué)模擬器組件158、數(shù)字模擬器組件160、分析器組件162以及優(yōu)化器組件164。根據(jù)需要，工作區(qū)156可以包含更多或者更少的組件。
在圖5的例子中，光學(xué)模擬器組件158模擬系統(tǒng)模型150內(nèi)的光學(xué)系統(tǒng)模型152。數(shù)字模擬器組件160模擬系統(tǒng)模型150內(nèi)的數(shù)字系統(tǒng)模型154。光學(xué)系統(tǒng)模型152和數(shù)字系統(tǒng)模型154代表系統(tǒng)設(shè)計130的光學(xué)部分和數(shù)字部分。
終端112可以是例如適合顯示圖形信息的圖形計算機接口設(shè)備。在一個實施例中，計算機102是個人計算機系統(tǒng)，終端112代表監(jiān)控終端、鍵盤和鼠標。
計算機102還被示出具有網(wǎng)絡(luò)接口110。網(wǎng)絡(luò)接口110是可選的，并且可以包含在計算機102內(nèi)，從而允許設(shè)計優(yōu)化程序114與其他計算機系統(tǒng)通信和/或控制其他計算機系統(tǒng)。從而，設(shè)計優(yōu)化程序114可以在模型150的優(yōu)化期間，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)接口110而利用分布式處理(參見圖9)；這種處理可以利用外部的模擬器(例如，圖4的模擬器52、54)。
圖13示出了根據(jù)一個實施例、圖解說明圖2的設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(1)的操作以及系統(tǒng)模型(例如，系統(tǒng)模型17)的分析的計算機屏幕顯示500。在圖13的例子中，計算機屏幕顯示500以圖形的方式圖示了代表光學(xué)系統(tǒng)模型(例如，圖2的光學(xué)系統(tǒng)模型17)的輸出的光瞳圖502。作為例子，如圖4所示，可以將光瞳圖502從外部光學(xué)模擬器52輸入到設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12；然后，外部光學(xué)模擬器52模擬光學(xué)系統(tǒng)模型17(1)以產(chǎn)生輸出52(1)，該輸出作為光瞳圖502被輸入到外部輸入組件74。在另一個例子中，用戶可以不具有到達光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的通道，但是可以根據(jù)該設(shè)計來形成光瞳圖。在這種情況下，光瞳圖502可以作為輸入到設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(1)的數(shù)據(jù)文件內(nèi)的數(shù)字矩陣被提供，或者作為一組多項式的系數(shù)被提供，例如澤爾尼克系數(shù)。在另一個例子中，光瞳圖502可以由描述幅度和相位函數(shù)的一個或多個等式產(chǎn)生，并且被輸入到設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(1)。
在顯示500中示出了光學(xué)MTF 504。光學(xué)MTF 504由光瞳圖502與光瞳圖502的復(fù)共軛的相關(guān)性來產(chǎn)生?？梢苑治?例如，通過圖2的分析器20(1)或圖4的分析器組件78)光學(xué)MTF 504以確定光學(xué)MTF 504的差值和最小的冪。例如，分析器20(1)可以將光學(xué)MTF 504的差值和最小的冪與指標20B(1)進行比較，從而確定輸出20A(1)。
在商業(yè)應(yīng)用軟件中，像Zemax或Code V，分析器20、20(1)可以被稱作Merit函數(shù)，并且可以包含也被稱作“操作數(shù)”的指標。但是，現(xiàn)有技術(shù)中的操作數(shù)不包括在優(yōu)化光電系統(tǒng)時分析器20、20(1)所需的信號處理指標20B、20B(1)。
根據(jù)光學(xué)MTF 504，利用傅立葉反變換可以形成光學(xué)PSF 506。光學(xué)PSF 506被分析器20(1)分析以例如產(chǎn)生PSF寬度507。在確定輸出20A(1)時，分析器20(1)將PSF寬度507與指標20B(1)進行比較。在該例中，指標20B(1)在水平方向上確定光學(xué)PSF 506最小空間位置和最大空間位置，在水平方向上，光學(xué)PSF 506中的冪大于某個閾值。這些乘以比例因子(例如，圖13的例子中的10)的被確定的空間位置之間的距離就是水平方向的PSF寬度507。
光學(xué)系統(tǒng)模型17的輸出被“采樣”以便模擬輸入到數(shù)字系統(tǒng)模型18的數(shù)字數(shù)據(jù)。在一個例子中，可以利用探測模板68來模擬CCD陣列的采樣操作或諸如光致抗蝕劑的感光乳劑中的分子。因此，光學(xué)PSF506可以被“采用”以產(chǎn)生用于輸入到數(shù)字系統(tǒng)模型18的數(shù)字PSF。為了簡化圖13和14的例子中的計算，假定了一種理想的探測器，并且光學(xué)PSF 506可以直接輸入到數(shù)字系統(tǒng)模型18(例如，輸入到圖4的信號處理組件76)。
信號處理組件76可以實現(xiàn)濾波。例如，在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計14包含相位改變光學(xué)器件的情況下，信號處理組件76可以實現(xiàn)對所述相位改變光學(xué)器件的作用進行解碼(例如，通過最小二乘法計算或通過參數(shù)維納設(shè)計)的濾波。在最小二乘法計算中利用光學(xué)PSF 506(或者，如果使用采樣，則利用數(shù)字PSF)來產(chǎn)生二維濾波器508。
通過在二維濾波器508上執(zhí)行快速傅立葉(“FFT”)變換來確定濾波器的空間頻率響應(yīng)510。例如，分析器20(1)可以執(zhí)行所述FFT。在圖15的例子中，帶寬被示為0.74。然后，二維濾波器508的帶寬例如可以根據(jù)濾波器的空間頻率響應(yīng)510，由分析器20(1)來確定，并且可以與指標20B(1)進行比較以確定輸出20A(1)。
分析器20(1)還可以確定濾波器的功率(filter power)(例如，通過平方和計算)以及濾波器的空間頻率響應(yīng)510的其他特征(如果需要在輸出20A(1)中應(yīng)用)。
根據(jù)二維濾波器508和光學(xué)PSF 506，利用線性卷積來產(chǎn)生濾波的PSF 512。然后，由分析器20(1)對濾波的PSF 512進行分析，并且通過確定可能在輸出20A(1)時利用的散焦和其他特征來確定偽像、尺寸以及相似性。另外，可以按照這些特征對輸出20A(1)的影響來對其加權(quán)。
優(yōu)化器22(1)接收分析器20(1)的輸出20A(1)。如上所述，輸出20A(1)包括基于根據(jù)光學(xué)MTF 504、光學(xué)PSF 506、濾波器508、濾波的PSF 512以及濾波器的空間頻率響應(yīng)510確定的分析結(jié)果的加權(quán)總合的分數(shù)。由于優(yōu)化器22(1)知道光學(xué)系統(tǒng)模型17的哪些屬性是可變的，因此，其可以修改這些屬性而改變光瞳圖502。類似地，由于優(yōu)化器22(1)知道數(shù)字系統(tǒng)模型18的哪些屬性是可變的，因此，其可以通過修改濾波器508來修改這些屬性以改變?yōu)V波的PSF 512。因此，優(yōu)化器22(1)可以基于輸出20A(1)，修改光學(xué)系統(tǒng)模型17和數(shù)字系統(tǒng)模型18之一或二者的屬性以實現(xiàn)目標24(1)。
設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(1)通過反復(fù)模擬和分析系統(tǒng)模型16(1)而反復(fù)優(yōu)化系統(tǒng)模型16(1)。例如，如果光學(xué)系統(tǒng)模型17和數(shù)字系統(tǒng)模型18的屬性被修改了，則光學(xué)系統(tǒng)模型17和數(shù)字系統(tǒng)模型18被模擬，并且分析器20(1)對光學(xué)系統(tǒng)模型17和數(shù)字系統(tǒng)模型18的輸出再次進行分析以產(chǎn)生輸出20A(1)。此外，當確定對系統(tǒng)模型16(1)進行進一步修改時，分析器20(1)還會記住對系統(tǒng)模型16(1)所做的改變以及系統(tǒng)配置的分析結(jié)果。
圖14示出了圖解說明優(yōu)化之后的光瞳圖602、光學(xué)MTF 604、光學(xué)PSF 606、二維濾波器608、濾波器的空間頻率響應(yīng)620以及濾波的PSF 612的計算機屏幕顯示600。光學(xué)系統(tǒng)模型17和數(shù)字系統(tǒng)模型18均被優(yōu)化器22(1)修改以實現(xiàn)目標24(1)。
在前面的系統(tǒng)描述中，經(jīng)常通過將對象確定和指定為相位改變光學(xué)器件來優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計。當在光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)這些相位改變光學(xué)器件時，其有益地減少了散焦和/或散焦像差的影響。
圖6示出了圖解說明用于優(yōu)化具有相位改變光學(xué)器件的光學(xué)系統(tǒng)模型的示例性的過程實施例200的流程圖。例如，過程200的步驟204-212由圖5的工作區(qū)156的優(yōu)化器組件164來實現(xiàn)。
在步驟202，過程200確定系統(tǒng)模型150的目標。在步驟202的一個例子中，圖5中系統(tǒng)100的用戶通過終端112與設(shè)計優(yōu)化程序114的GUI 116配合作用以產(chǎn)生目標124；然后，在步驟202，由優(yōu)化器組件164來讀取這些目標。
在步驟204，過程200平衡光學(xué)系統(tǒng)模型的像差。在步驟204的一個例子中，優(yōu)化器組件164修改光學(xué)系統(tǒng)模型152的屬性以使彗差的影響最小，平衡除彗差之外的像差并使像差的影響最小，以及平衡雜散光、重像、陰影、反射以及漸暈。
在步驟206，過程200實現(xiàn)相位改變光學(xué)器件。在步驟206的一個例子中，優(yōu)化器組件164在光學(xué)系統(tǒng)模型152的一個光學(xué)設(shè)計對象的表面上實現(xiàn)非球面彎曲。
步驟208是可選的，并且當光學(xué)系統(tǒng)模型17(1)被設(shè)計用于在平板印刷成像裝置內(nèi)使標線成像于光致抗蝕劑時，可以包括步驟208。在步驟208，過程200實現(xiàn)專門的標線。在步驟208的一個例子中，優(yōu)化器組件164修改光學(xué)系統(tǒng)模型152的標線屬性。題為“具有延伸的焦點深度的平板印刷系統(tǒng)和方法”的與本申請具有共同申請人的待審的第10/858,337號美國申請通過引用而并入本文。
步驟210是可選的。在步驟210，過程200在數(shù)字系統(tǒng)模型(例如，數(shù)字系統(tǒng)模型18(1))內(nèi)實現(xiàn)信號處理功能。在步驟210的一個例子中，優(yōu)化器組件164修改數(shù)字系統(tǒng)模型154的信號處理功能以對增加到光學(xué)系統(tǒng)模型152的相位改變光學(xué)器件的作用進行解碼。
在步驟212，過程200優(yōu)化模型150中的可變屬性。在步驟212的一個例子中，優(yōu)化器組件164修改(a)光學(xué)系統(tǒng)模型152的屬性以控制例如光圈、厚度、球面光譜項、錐形光譜項以及非球面光譜項，(b)光學(xué)系統(tǒng)模型152和數(shù)字系統(tǒng)模型154的屬性以實現(xiàn)目標124，以及(c)模型150的屬性以控制例如數(shù)字系統(tǒng)模型154的平臺、執(zhí)行結(jié)構(gòu)、功率消耗、尺寸、成本或速度。
重復(fù)步驟204至212，直到實現(xiàn)目標124為止。
圖7是圖解說明用于優(yōu)化數(shù)字系統(tǒng)模型和具有相位改變光學(xué)器件的光學(xué)系統(tǒng)模型的示例性的過程實施例的流程圖。例如，過程240的步驟242由圖5的設(shè)計優(yōu)化程序114實現(xiàn)，并且步驟244-256在設(shè)計優(yōu)化程序114的優(yōu)化器組件164內(nèi)實現(xiàn)。
在步驟242，過程240確定光學(xué)系統(tǒng)的目標。在步驟242的一個例子中，用戶與設(shè)計優(yōu)化程序114配合以產(chǎn)生目標124。特別地，用戶利用終端112與設(shè)計優(yōu)化程序114的GUI 116配合以產(chǎn)生目標124。目標124可以例如包括操作的溫度范圍、微處理器的最大功率消耗、處理速度(像素或圖像/單位時間)、光學(xué)失真以及顏色校正和/或?qū)τ诮o定空間頻率的最小的MTF冪。
在步驟244，過程240通過改變光圈或停止位置、球形和錐形表面描述、和/或光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)對象的厚度來平衡一級像差的影響。在步驟244的一個例子中，優(yōu)化器組件164修改光學(xué)系統(tǒng)模型152的屬性以使彗差的影響最小。
在步驟246，過程240通過調(diào)節(jié)光圈或改變停止位置、球形和錐形表面描述、和/或光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)對象的厚度來平衡其他像差的影響。在步驟246的一個例子中，優(yōu)化器組件164修改光學(xué)系統(tǒng)模型152的屬性以平衡除彗差之外的像差的影響并使其最小。
在步驟248，過程240平衡非像差影響。在步驟248的一個例子中，優(yōu)化器組件164修改光學(xué)系統(tǒng)模型152的屬性以平衡或控制雜散光、重像、陰影、反射和/或漸暈。
在步驟250，過程240實現(xiàn)相位光學(xué)器件以使采樣的圖像不受散焦的影響。在步驟250的一個例子，優(yōu)化器組件164修改光學(xué)系統(tǒng)模型152的屬性以控制光學(xué)設(shè)計對象的表面描述中的較高級的非球面光譜項，從而使采樣的圖像不受散焦(在一定范圍內(nèi))的影響并且與步驟244-248的修改平衡。
步驟251是可選的。步驟251在例如用于平板印刷術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計期間實現(xiàn)。在步驟251，過程240實現(xiàn)標線，從而使記錄的圖像不受散焦的影響。在步驟251的一個例子中，優(yōu)化器組件164修改光學(xué)系統(tǒng)模型152的屬性以實現(xiàn)標線?？梢岳斫?，在包括標線的情況下，也可以修改其參數(shù)并使其與其他的修改平衡以實現(xiàn)目標124。
在步驟252，過程240調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)模型的光圈、厚度、球面光譜項、錐形光譜項和/或非球面光譜項，以達到步驟242的有關(guān)圖像的目標。在步驟252的一個例子中，優(yōu)化器組件164修改光學(xué)系統(tǒng)模型152的屬性以控制光圈、厚度、球面光譜項、錐形光譜項和/或非球面光譜項。
在步驟254，過程240修改光學(xué)系統(tǒng)模型152的屬性和數(shù)字系統(tǒng)模型154的屬性以實現(xiàn)步驟242的有關(guān)圖像的目標。在步驟254的一個例子中，優(yōu)化器組件164修改光學(xué)系統(tǒng)模型152和數(shù)字系統(tǒng)模型154的屬性以實現(xiàn)目標124。
在步驟256，過程240修改光學(xué)系統(tǒng)模型152的屬性和數(shù)字系統(tǒng)模型154的屬性以實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)模型154的目標。在步驟256的一個例子中，優(yōu)化器組件164修改光學(xué)系統(tǒng)模型152和數(shù)字系統(tǒng)模型154的屬性以實現(xiàn)目標124，其中，所述屬性包括數(shù)字子系統(tǒng)模型154的平臺、執(zhí)行結(jié)構(gòu)、功率消耗、尺寸、成本或速度。
圖8是圖解說明根據(jù)一個實施例的光學(xué)和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的并行優(yōu)化的示意圖。模型272被示出為具有光學(xué)模擬器276和數(shù)字模擬器278。模型272可以例如代表圖2的光學(xué)系統(tǒng)模型16(1)。在一個例子中，光學(xué)模擬器276和數(shù)字模擬器278可以代表圖5的工作區(qū)156的光學(xué)模擬器158和數(shù)字模擬器160。在另一個例子中，光學(xué)模擬器276可以代表圖4的外部光學(xué)模擬器52，而數(shù)字模擬器278可以代表外部數(shù)字模擬器54。
在該例中，光學(xué)模擬器276被示出為模擬三個光學(xué)系統(tǒng)模型280(1)、280(2)和280(3)。光學(xué)系統(tǒng)模型280中的每一個都可以代表圖2的一個光學(xué)系統(tǒng)模型17。在可選的實施例中，光學(xué)系統(tǒng)模型280中的每一個可以由獨立的光學(xué)模擬器來模擬，所述獨立的光學(xué)模擬器可以在或者不在相同的計算機系統(tǒng)上運行。
類似地，數(shù)字模擬器278被示出為具有三個數(shù)字系統(tǒng)模型282(1)、282(2)和282(3)。數(shù)字系統(tǒng)模型282中的每一個都可以代表圖2的一個數(shù)字系統(tǒng)模型18。在可選的實施例中，數(shù)字系統(tǒng)模型282中的每一個可以由獨立的數(shù)字模擬器來模擬，所述獨立的數(shù)字模擬器可以在或者不在相同的計算機系統(tǒng)上運行。
圖8還示出了包含三個分析器組件284(1)、284(2)和284(3)的分析器274以及優(yōu)化器270(例如，圖2的優(yōu)化器22(1))。分析器組件284中的每一個可以代表圖4的分析器組件78。
光學(xué)系統(tǒng)模型280(1)的輸出被輸入到數(shù)字系統(tǒng)模型282(1)。數(shù)字系統(tǒng)模型282(1)的輸出被輸入到對該輸入的一個或多個特征進行打分的分析器組件284(1)。類似地，光學(xué)系統(tǒng)模型280(2)和280(3)的輸出被分別輸入到數(shù)字系統(tǒng)模型282(2)和282(3)。數(shù)字系統(tǒng)模型282(2)和282(3)的輸出被分別輸入到分析器組件284(2)和284(3)。
優(yōu)化器270處理分析器組件284(1)、284(2)和284(3)的輸出，并且如果必要的話對光學(xué)系統(tǒng)模型280和數(shù)字系統(tǒng)模型282的屬性進行修改，以實現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的目標(例如，目標24)。
為了圖解說明圖5(或圖1的設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12)的設(shè)計優(yōu)化程序114的分布式處理能力，圖9示出了圖解說明三個示例性計算機系統(tǒng)302、304和306的示意圖300。計算機系統(tǒng)302、304和306通過網(wǎng)絡(luò)(未示出)，例如以太網(wǎng)連接在一起。在該例中，計算機系統(tǒng)306包括可以例如代表圖4的優(yōu)化器組件80的優(yōu)化器270。
計算機系統(tǒng)302被示例性示出為具有光學(xué)系統(tǒng)模型280(1)、數(shù)字系統(tǒng)模型282(1)以及分析器284(1)。光學(xué)系統(tǒng)模型280(1)連接到數(shù)字系統(tǒng)模型282(1)，數(shù)字系統(tǒng)模型282(1)繼而連接到分析器284(1)。計算機系統(tǒng)304被示例性示出為具有光學(xué)系統(tǒng)模型280(2)、數(shù)字系統(tǒng)模型282(2)以及分析器284(2)。光學(xué)系統(tǒng)模型280(2)連接到數(shù)字系統(tǒng)模型282(2)，數(shù)字系統(tǒng)模型282(2)繼而連接到分析器284(2)。計算機系統(tǒng)306還被示例性示出為具有光學(xué)系統(tǒng)模型280(3)、數(shù)字系統(tǒng)模型282(3)以及分析器284(3)。光學(xué)系統(tǒng)模型280(3)連接到數(shù)字系統(tǒng)模型282(3)，數(shù)字系統(tǒng)模型282(3)繼而連接到分析器284(3)。分析器284處理來自于數(shù)字系統(tǒng)模型282的輸入并對該輸入信息進行打分。分析器284中的每一個連接到優(yōu)化器270并向其發(fā)送打分的信息。
優(yōu)化器270處理這些分數(shù)以確定是否應(yīng)當修改和應(yīng)當如何修改光學(xué)系統(tǒng)模型280和數(shù)字系統(tǒng)模型282的屬性，以實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計的目標(例如，目標124)。
示意圖300示出了同時通過三個計算機系統(tǒng)模擬和優(yōu)化的三個光學(xué)系統(tǒng)?？梢岳斫猓诓槐畴x此范圍的情況下，可以包含更多的或更少的計算機系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)模型280、數(shù)字系統(tǒng)模型282、分析器284和優(yōu)化器270。
在圖9的例子中，優(yōu)化器270還管理計算機系統(tǒng)302、304和306之間的任務(wù)分配和通信。在可選的實施例中，計算機系統(tǒng)302、304和306中的一個或多個可以包含監(jiān)督過程或仲裁過程，以便管理任務(wù)的分配和通信。在另一個實施例中，計算機系統(tǒng)302、304和306中的一個或多個還可以具有不受其他計算機系統(tǒng)控制或者不連接到其他計算機系統(tǒng)的優(yōu)化器。但是，分析器284仍然可以向用于系統(tǒng)300內(nèi)的全部優(yōu)化控制的優(yōu)化器270傳送分數(shù)。
圖10圖解說明根據(jù)一個實施例、在設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)(例如，圖2的系統(tǒng)12(1))中所使用的組件和組件的功能之間的關(guān)系。光學(xué)建模組件324對光或光子通過光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)對象的傳播進行建模。光學(xué)建模組件324可以是例如與對光學(xué)系統(tǒng)模型17建模的外部光學(xué)模擬器52的接口?？蛇x地，光學(xué)建模組件324可以是設(shè)計系統(tǒng)12的組件，所述設(shè)計系統(tǒng)12在光學(xué)系統(tǒng)模型17上直接(即，不存在如下參照圖11討論的外部光學(xué)模擬器)進行光學(xué)建模。
來自光學(xué)建模組件324的傳播數(shù)據(jù)可以傳遞到可選的成像建模組件326。成像建模組件326例如可以是與對數(shù)字系統(tǒng)模型18進行建模的外部數(shù)字模擬器54的接口。可選地，成像建模組件326可以是設(shè)計系統(tǒng)12的信號處理組件76和/或其他組件，所述設(shè)計系統(tǒng)12在數(shù)字系統(tǒng)模型18上直接(即，不存在如下參照圖11討論的外部數(shù)字模擬器)進行數(shù)字建模。成像建模組件326例如可以對以下過程進行建模(a)在探測器探測之前的光的傳播，(b)探測器(例如，F(xiàn)PA)或光敏介質(zhì)(例如，光致抗蝕劑，薄膜)的探測和/或(c)探測器或介質(zhì)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)或圖像的連續(xù)處理。
來自光學(xué)建模組件324(以及當采用成像建模組件326時，來自成像建模組件326的數(shù)據(jù))的數(shù)據(jù)被傳遞到分析組件328。分析組件328可以例如代表分析器組件78。來自分析組件328的已分析的數(shù)據(jù)傳遞到優(yōu)化組件322。優(yōu)化組件322可以是例如優(yōu)化組件80。優(yōu)化組件322可以修改光學(xué)系統(tǒng)模型(例如，光學(xué)系統(tǒng)模型16)的變量并且啟動模擬組件324和326、分析組件328以及優(yōu)化組件322的重復(fù)操作，直到所述光學(xué)系統(tǒng)模型被優(yōu)化。
圖11圖解說明了圖10中的組件的示例性的細節(jié)。光學(xué)建模組件324被示出為包含執(zhí)行光學(xué)系統(tǒng)建模的某些方面的組件。例如，光學(xué)照明系統(tǒng)建模組件330可以對光的傳播建模以計算照明光學(xué)器件的波前數(shù)據(jù)(例如，包括光程差圖、漸暈編碼、內(nèi)反射編碼以及強度圖)。對象建模組件334對通過對象(例如，透鏡、鏡子、濾光片、衍射組件以及構(gòu)成圖2的光學(xué)系統(tǒng)模型的其他對象)的光的傳播進行建模。對象建模組件334或照明系統(tǒng)建模組件330可以是與外部光學(xué)模擬器(例如，圖4的外部輸出組件82到外部光學(xué)模擬模擬器52)的接口，或者可以是設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12的定制的或自定義的建模組件，并且可以基于工具箱56的一個或多個組件模板，例如，傳播模板62。
光學(xué)系統(tǒng)模型中的光學(xué)設(shè)計對象之間的光的傳播可以由一個或多個組件通過多種方法來建模。例如，ABCD矩陣組件336的傳播可以通過傍軸近似對傳播建模；矢量衍射組件338可以對偏振和復(fù)雜的已估價波前建模(即，組件338對波前的幅度和相位建模)；具有惠更斯衍射的傳播組件340可以對單個點光源的傳播建模，并且可以相干地相加結(jié)果；以及具有光線跟蹤的傳播組件342可以對三角關(guān)系建模，并且可以利用施奈爾折射定律通過光學(xué)系統(tǒng)來追蹤單條光線。光學(xué)建模組件324可以利用傳播建模組件336、338、340和342中的一個或多個組件；光學(xué)建模組件324的輸出可以包括多組光傳播數(shù)據(jù)以及使每組光傳播數(shù)據(jù)與具體的傳播模型相鏈接的信息。
成像建模組件326(1)通過產(chǎn)生電輸出的探測器來對成像建模。如上所述，來自光學(xué)建模組件324的光傳播數(shù)據(jù)對于成像建模組件326(1)來說是可以得到的。在圖10的實施例中，成像建模組件326(1)包括光學(xué)探測器傳播建模組件343，用于在光能被轉(zhuǎn)換成電信號之前對探測器系統(tǒng)內(nèi)的光的傳播(例如，微透鏡結(jié)構(gòu)、微腔和/或探測器的增透膜內(nèi)的光的傳播)進行建模。
探測器建模組件344對由光電組件(例如，光電探測器或FPA)實現(xiàn)的光信號到電信號的轉(zhuǎn)換建模。對于FPA來說，光被聚集在被稱作像素的離散的空間位置。像素可以僅對某些波長的光進行采樣，包括可見的和/或不可見(例如，紅外線、紫外線)的波長，或者可以是寬帶的(即，對較寬的波長范圍敏感)；波長敏感作用可以包含在探測器建模組件344執(zhí)行的建模中。組件344還可以執(zhí)行噪聲建模，因為探測器可以包含噪聲源。對離散過程采樣(例如FPA測量光子的聚集，或者例如微輻射計測量熱能的聚集)和利用電路的到電信號的轉(zhuǎn)換的操作還包含隨機性；組件344還可以對該隨機性建模。
成像建模組件326(1)及其內(nèi)部的組件可以接收一種或多種類型的數(shù)據(jù)作為輸入，并且可以輸出一種或多種類型的數(shù)據(jù)。例如，成像建模組件326(1)接收來自光學(xué)建模組件324的光的傳播數(shù)據(jù)，探測器傳播建模組件343將光的傳播數(shù)據(jù)傳遞到探測器建模組件344。探測器建模組件344可以輸出對應(yīng)于被建模的探測器的已建模的建模數(shù)據(jù)或已建模的數(shù)字數(shù)據(jù)。
已建模的數(shù)據(jù)的多個視圖還可以在所述組件的內(nèi)部之間傳遞，并且可以從成像建模組件326(1)輸出。例如，可以存在已建模的二維波前數(shù)據(jù)的多個平面；在本文中將兩個或多個這種平面的組稱作“圖像塊”。圖像塊中的每一個平面代表光學(xué)建模組件324的不同配置，而配置由被建模的光學(xué)系統(tǒng)的變化來設(shè)定，或者利用不同的傳播建模組件336、338、340和342來設(shè)定。
成像建模組件326(1)可以包括其他的光學(xué)組件。例如，可選的圖像再現(xiàn)組件346構(gòu)成具體任務(wù)的已建模的圖像數(shù)據(jù)，所述具體任務(wù)為例如，人類視覺、機器視覺或過程、解碼條形碼、光學(xué)特征識別或生物測定學(xué)?？蛇x的圖像解碼組件348將編碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成分析組件328可以分析的數(shù)據(jù)；可以將編碼數(shù)據(jù)進行有目的地編碼(如密碼系統(tǒng)中)或進行生物學(xué)編碼(如人眼中的虹膜編碼)?？蛇x的信號處理建模組件350對成像數(shù)據(jù)的信號處理效果建模-例如非線性噪聲降低、縮放比例、失真或坐標重新映射，或像特征探測和分類一樣的高級功能。
光學(xué)建模組件324和成像建模組件326(1)之一或二者可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到分析組件328。從成像建模組件326(1)發(fā)送到分析組件328的數(shù)據(jù)可以包括已建模的模擬和/或數(shù)字數(shù)據(jù)、成像數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、和/或已建模的圖像塊。從光學(xué)建模組件324發(fā)送到分析組件328的數(shù)據(jù)可以包括(a)被建模的光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)，(b)光的傳播數(shù)據(jù)(例如，也被發(fā)送到分析組件328的光的傳播數(shù)據(jù))以及(c)光學(xué)建模組件324的配置數(shù)據(jù)；配置數(shù)據(jù)可以包括對應(yīng)于成像建模組件326(1)提供的圖像塊中的平面的每一種配置的數(shù)據(jù)。
分析組件328接受來自光學(xué)建模組件324和/或成像建模組件326(1)的數(shù)據(jù)，并且將有價值的數(shù)據(jù)圖傳遞到優(yōu)化組件322。分析組件328可以包括可選的空間像邊緣斜率組件352，用于測量恰好在平板印刷過程中的晶片之上的能量分布中的PSF邊緣的銳度。邊緣越銳利，在所述晶片上形成的圖案則越一致。
分析組件328還可以包括可選的解碼器ROC(接收器/操作特征)曲線組件354，所述解碼器ROC曲線組件354通過將假報警的可能性與探測的可能性進行比較，而指出對于解碼算法的確信度。例如，ROC特征可以作為圖像解碼組件348的可靠性的度量而提供給優(yōu)化組件322，反過來，圖像解碼組件348的可靠性的度量可以是圖像再現(xiàn)組件346和建模組件324的功能。
分析組件328還可以包括可選的圖像質(zhì)量指標組件356，組件356提供感知的圖像質(zhì)量的數(shù)字評估。例如，組件356可以計算與人類視覺響應(yīng)相關(guān)的質(zhì)量指標，其中一些波長(顏色)和空間頻率被削弱，而另一些波長被加強。例如，組件356還可以計算已知會影響圖像質(zhì)量的成像系統(tǒng)的特征，例如，在給定空間頻率的調(diào)制，以及PSF中的第一艾里斑半徑。
分析組件328還可以包括可選的恒定響應(yīng)指標組件358，組件358描述了作為配置(這里，配置還表示光學(xué)建模組件324中的變化)的函數(shù)的變化?？梢栽诮M件358中計算的指標包括強度變化、相位變化(空間運動)、信噪比變化以及通過配置的像差變化。分析組件328產(chǎn)生用于優(yōu)化組件322的分數(shù)數(shù)據(jù)。所述分數(shù)數(shù)據(jù)可以是單一的數(shù)量值，或者是用于所述優(yōu)化器設(shè)法達到的目標的值的矢量或矩陣。
優(yōu)化組件322對系統(tǒng)模型(例如，光學(xué)系統(tǒng)模型17和/或數(shù)字系統(tǒng)模型18)的可變參數(shù)進行改變。優(yōu)化組件322利用算法(例如Nelder-Mead向下單工、遺傳算法或阻尼最小二乘方案)來確定改變。優(yōu)化組件322接受代表光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的質(zhì)量的指標數(shù)字，所述光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計由分析組件328根據(jù)光學(xué)建模組件324和/或成像組件326傳遞的數(shù)據(jù)而生成。優(yōu)化組件322還可以確定何時已滿足了系統(tǒng)設(shè)計目標(例如，目標24)。
圖12圖解說明了根據(jù)一個實施例的、設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)中所使用的組件之間以及這些組件的功能之間的關(guān)系，所述設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)用于設(shè)計使探測器到成像的物體的反射最小的光學(xué)系統(tǒng)。光學(xué)系統(tǒng)建模組件424利用物體-到-圖像建模組件430來對物體信息到FPA的圖像平面的傳播和成像建模，以及利用圖像-到-物體建模組件432來對從FPA到物體的反射照明的傳播建模。組件430和432可以利用系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)據(jù)(例如，組件430和/或432可以是如上所述的外部光學(xué)模擬器52，或者是定制的或自定義的組件，或者可以利用光學(xué)系統(tǒng)模型17的數(shù)據(jù))。物體-到-圖像建模組件430和圖像-到-物體建模組件432將建模數(shù)據(jù)傳遞到分析組件428。濾波器生成組件426形成濾波器；組件426還可以包括圖像再現(xiàn)組件434。分析組件428分析探測到的圖像。圖像質(zhì)量分析組件436分析被濾波的(即，再現(xiàn)的)圖像(例如，通過將被濾波的圖像與指標20B(1)進行比較)，以及被反射的功率分析組件438分析被反射的功率(例如，分析來自圖像-到-物體建模組件432、代表來自FPA的反射的數(shù)據(jù)，以確定被反射的功率)；分析組件428利用來自組件436和438的數(shù)據(jù)來形成用于優(yōu)化組件422的指標數(shù)據(jù)(例如，分數(shù))圖。優(yōu)化組件422改變系統(tǒng)模型的可變參數(shù)(例如，光學(xué)系統(tǒng)模型17或數(shù)字模型18的參數(shù))，并且繼續(xù)改變所述參數(shù)直到圖像質(zhì)量(如由組件430建模、由組件426濾波和再現(xiàn)以及由組件436分析的)，和圖像-到-物體的反射(如由組件432建模和由組件438分析的)均滿足設(shè)計目標為止。
圖15示出了用于紅外導(dǎo)引頭的一個示例性的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計700。例如，系統(tǒng)設(shè)計700適用于例如由圖4的設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(2)實現(xiàn)的優(yōu)化。光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計700被示例性示出為具有透鏡702、孔徑光闌704和探測器708。例如，探測器708是非制冷微輻射計。探測器708包括鍺覆蓋板706并且具有FPA 709。鍺覆蓋板706可以形成探測器708的密封和光學(xué)窗口。特別地，光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計700包括透鏡702的表面703上的波前編碼。
在探測器708被設(shè)置為距離已知的最佳聚焦位置±100μm、圖像平面709(代表同軸場和全縱向場)中的[x＝0，y＝0]和[X＝0，Y＝0.8]毫米的視場角中，所述紅外導(dǎo)引頭可以相對于8μm、10μm和12μm波長工作。
單個透鏡設(shè)計的一級參數(shù)包括11mm焦距、F/0.9、標稱視場±4度、物距250米、小于200mm的光學(xué)總軌跡。
光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計700可以例如由外部光學(xué)模擬器52模擬。在該例中，沒有采用再現(xiàn)濾波器和圖像再現(xiàn)，因為不需要再現(xiàn)的圖像(該例中的輸出用于表明在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計700的視場中出現(xiàn)了亮斑)。但是，在優(yōu)化期間，可以利用數(shù)字處理通過計算代表所述PSF的以字典順序疊置的數(shù)字矩陣的內(nèi)積來計算所述PSF中的功率。
在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計700的優(yōu)化期間，在分析器組件78內(nèi)配置了下面列出的三個示例性的指標?？梢岳斫猓鶕?jù)設(shè)計選擇，光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計700的優(yōu)化可以利用更多或更少的指標。
指標1 PSF中的總功率指標2 任何PSF中的最小功率指標3 通過所有PSF的功率變化例如，指標1、指標2以及指標3可以被配置成在外部數(shù)字模擬器(例如，圖4的外部數(shù)字模擬器54)中運行。在該例中，包括代碼范例以用于通過MATLAB運行。下面的代碼范例1指標1示出了指標1的示例性代碼。
代碼范例1指標1function pwr=psfTotPower(psf)[M,N,P]=size(psf);
pwr=0;
for k=1:p,tmp=psf(:,:,k);
tmp=tmp(:)/sum(tmp(:));
pwr=pwr+tmp′*tmp;
end在代碼范例1指標1中，對于給定的PSF組或塊的總功率通過對按字典順序疊置的PSF數(shù)據(jù)的內(nèi)積求和來確定，其中所述PSF來自多種光學(xué)配置。當確定了向優(yōu)化器組件80輸出的分數(shù)時，該值被分析器組件78利用。
代碼范例2指標2示出了指標2的示例性代碼。
代碼范例2指標2function pwr=psfMinPower(psf)[M,N,P]=size(psf);
pwr=inf;
for k=1:p,tmp=psf(:,:,k);
tmp=tmp(:)/sum(tmp(:));
pwr=min(pwr,tmp′*tmp);
end在代碼范例2指標2中，給定的PSF組或塊的最小功率通過找到按字典順序疊置的PSF數(shù)據(jù)的最小內(nèi)積來確定，其中所述PSF來自多種光學(xué)配置。當確定了向優(yōu)化器組件80輸出的分數(shù)時，該值被分析器組件78利用。
代碼范例3指標3示出了指標3的示例性代碼。
代碼范例3指標3function pwr=psfVarPower(psf)[M,N,P]=size(psf);
pwr=inf;
for k=1:p,tmp=psf(:,:,k);
tmp=tmp(:)/sum(tmp(:));
pwr(k)=tmp′*tmp;
endpwr=var(pwr);
在代碼范例3指標3中，PSF組或塊中的功率變化通過計算按字典順序疊置的PSF數(shù)據(jù)的內(nèi)積中的變化來確定，其中所述PSF來自多種光學(xué)配置。當確定了向優(yōu)化器組件80輸出的分數(shù)時，該值被分析器組件78利用。
分析器組件78可以將指標1-3的結(jié)果組合成單一的分數(shù)，所述分數(shù)被傳遞到優(yōu)化器組件80。例如，分析器組件78可以對每個結(jié)果加權(quán)或改變比例以確定所述分數(shù)。操作者或設(shè)計者可以定義每個結(jié)果的加權(quán)值，或者所述加權(quán)值可以通過算法來確定。然后，優(yōu)化器組件80調(diào)整表面703的參數(shù)以實現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計700的目標。例如，這些目標可以是高功率、較高的最小功率以及低變化。因而，在該例中，優(yōu)化器組件80試圖使指標1輸出的功率值最大，使指標2輸出的最小PSF功率最大，以及使指標3輸出的PSF功率中的變化最小。這些目標適用于導(dǎo)引頭/探測算法，所述算法依賴于最大的信噪比，或者在噪聲功率恒定時，依賴于被定義為所述PSF的內(nèi)積的信號強度。
圖16示出了根據(jù)不具有波前編碼的圖15的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計700確定的示例性的光點曲線圖。在分別對于-100μm、最佳焦點、和+100μm，以及對于共軸(光點曲線圖中靠上的行)和離軸(光點曲線圖中靠下的行)的配置1-3中，每個光點曲線圖包含用符號(‘+’＝8μm，‘x’＝10μm，‘方框’＝12μm)表示的三個波長。圖17示出了在探測器78定位于最佳焦點的圖像平面中，對于切矢場(T)點和弧矢場(S)點[x＝0，y＝0]和[x＝0，y＝0.8](毫米)的一個示例性的多色(8μm-12μm波長)衍射MTF。圖18示出了在探測器78距離最佳焦點為-100μm的圖像平面中，對于切矢場(T)點和弧矢場(S)點[x＝0，y＝0]和[x＝0，y＝0.8](毫米)的一個示例性的多色(8μm-12μm波長)衍射MTF。圖19示出了在具有探測器78距離最佳焦點為+100μm的圖像平面中，對于切矢場(T)點和弧矢場(S)點[x＝0，y＝0]和[x＝0，y＝0.8](毫米)的一個示例性的多色(8μm-12μm波長)衍射MTF。在圖17-圖18中，顯然，所述MTF隨著探測器的位置而變化。在圖18中，顯然，弧矢全視場MTF具有恰好在每毫米10圈以下的零點，并且在每毫米10圈和每毫米20圈之間保持非常接近零。
圖20示出了對于探測器708的±100μm的位移，不具有波前編碼的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計700的示例性的PSF。除了示出探測器708執(zhí)行采樣過程之后的數(shù)字PSF之外，圖20與圖16類似。在圖20中，顯然所述探測器能夠“看到”PSF中的變化，因為所述變化大于單個像素；否則，所述PSF將完全相同地出現(xiàn)。所述PSF是從左到右的，上部的行是探測器708對于8μm、10μm和12μm共軸(左半部分)以及對于相同波長離軸(右半部分)的-100μm位移；中間的行是最佳的焦點；底部的行是探測器708的+100μm位移。
圖21示出了根據(jù)具有優(yōu)化的波前編碼的圖15的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計700所確定的(即，在圖4的設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)12(2)執(zhí)行優(yōu)化之后)示例性的光點曲線圖。在分別對于-100μm、最佳焦點、和+100μm，以及對于共軸(光點曲線圖中靠上的行)和離軸(光點曲線圖中靠下的行)的配置1-3中，每個光點曲線圖包含用符號(‘+’＝8μm，‘x’＝10μm，‘方框’＝12μm)表示的三個波長。圖22示出了在探測器78定位于最佳焦點的圖像平面中，對于切矢場(T)點和弧矢場(S)點[x＝0，y＝0]和[x＝0，y＝0.8](毫米)的一個示例性的多色(8μm-12μm波長)衍射MTF。圖23示出了在探測器78距離最佳焦點為-100μm的圖像平面中，對于切矢場(T)點和弧矢場(S)點[x＝0，y＝0]和[x＝0，y＝0.8](毫米)的一個示例性的多色(8μm-12μm波長)衍射MTF。圖24示出了在探測器78距離最佳焦點為+100μm的圖像平面中，對于切矢場(T)點和弧矢場(S)點[x＝0，y＝0]和[x＝0，y＝0.8](毫米)的一個示例性的多色(8μm-12μm波長)衍射MTF。在圖22-圖24中，顯然，所述MTF隨探測器位移的變化比圖16-圖18中小在每毫米20圈之前，所述多色MTF不存在零點。與優(yōu)化之前的圖18相比，在每毫米10圈和每毫米20圈之間，所述MTF始終在零點之上。
圖25示出了對于探測器708的±100μm的位移，具有優(yōu)化的波前編碼的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計700的示例性的PSF。在圖25中，盡管由于所述變化大于單個像素，所述探測器仍然能夠“看到”PSF中的變化，但是與由加權(quán)的指標函數(shù)(由代碼范例1到3所描述)測量的圖20中的PSF相比，所述PSF更加類似。圖25中的PSF是從左到右的，上部的行是探測器708對于8μm、10μm和12μm共軸(左半部分)以及對于相同波長離軸(右半部分)的-100μm位移；中間的行是最佳的焦點；底部的行是探測器708的+100μm位移。
優(yōu)化之前的表面703的等式Sag(r,t)=cr21+1-(1+k)c2r2]]>其中c＝1.47852e-11/mmk＝-4.10583mm|r|≤4.61918，0≤t＜2pi在該例中，優(yōu)化之后，表面703可以定義為Sag(r,t)=cr21+1-(1+k)c2r2+A2r2+A4r4+A6r6+A8r8]]>其中c＝1.47852e-1 1/mmk＝-4.10583mm|r|≤4.61918，0≤t＜2piA2＝-8.0720e-9A4＝3.529243e-8
A6＝1.422329e-9A8＝5.397160e-11可在不偏離其范圍的情況下對上述方法和系統(tǒng)進行改變。因此應(yīng)當注意到，在上述說明書中記載的或在附圖中示出的內(nèi)容是示例說明性質(zhì)的而非限定性質(zhì)的。所附權(quán)利要求希望覆蓋本發(fā)明描述的所有通用的和專用的特征，以及本發(fā)明方法和系統(tǒng)的所有描述范圍。
權(quán)利要求
1.一種軟件產(chǎn)品，包括存儲在計算機可讀介質(zhì)上的指令，其中，當所述指令被計算機執(zhí)行時，所述指令執(zhí)行用于優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的步驟，所述指令包括用于模擬光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的光學(xué)模型的指令；用于模擬數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)字模型的指令；用于分析模擬的光學(xué)模型的輸出和模擬的數(shù)字模型的輸出以產(chǎn)生分數(shù)的指令；以及用于基于所述分數(shù)來修改所述光學(xué)模型和數(shù)字模型的指令。
2.如權(quán)利要求1所述的軟件產(chǎn)品，其中，所述模擬用指令、分析用指令以及修改用指令被執(zhí)行，直到實現(xiàn)所述光學(xué)和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的目標為止。
3.如權(quán)利要求1所述的軟件產(chǎn)品，其中，所述用于模擬所述光學(xué)模型的指令包括用于操作外部光學(xué)模擬器的指令。
4.如權(quán)利要求1所述的軟件產(chǎn)品，其中，所述用于模擬所述數(shù)字模型的指令包括用于操作外部數(shù)字模擬器的指令。
5.如權(quán)利要求1所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于從外部模擬器啟動執(zhí)行以下指令中的一個或多個指令的指令(a)所述用于模擬所述光學(xué)模型的指令，(b)所述用于模擬所述數(shù)字模型的指令，(c)所述用于分析的指令以及(d)所述用于修改的指令。
6.如權(quán)利要求1所述的軟件產(chǎn)品，所述用于分析的指令包括用于操作外部光學(xué)模擬器和外部數(shù)字模擬器、以分析光學(xué)模型和數(shù)字模型的模擬輸出，從而產(chǎn)生所述分數(shù)的指令。
7.如權(quán)利要求1所述的軟件產(chǎn)品，所述用于分析的指令包括用于將光學(xué)模型和數(shù)字模型的模擬輸出與目標所限定的一個或多個指標進行比較、以產(chǎn)生一個或多個結(jié)果的指令，并且所述用于分析的指令進一步包括用于處理所述結(jié)果以產(chǎn)生所述分數(shù)的指令。
8.如權(quán)利要求7所述的軟件產(chǎn)品，所述用于處理的指令包括用于利用比例、線性、非線性、連續(xù)和非連續(xù)函數(shù)或算法之一，對所述結(jié)果中的每一個進行加權(quán)的指令。
9.如權(quán)利要求1所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于在圖形用戶界面中實現(xiàn)組件的指令，其中，所述組件控制用于模擬光學(xué)模型的指令的執(zhí)行。
10.如權(quán)利要求1所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于在圖形用戶界面中實現(xiàn)組件的指令，其中，所述組件控制用于模擬數(shù)字模型的指令的執(zhí)行。
11.如權(quán)利要求1所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于在圖形用戶界面中實現(xiàn)組件的指令，其中，所述組件控制用于分析的指令的執(zhí)行。
12.如權(quán)利要求1所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于在圖形用戶界面中實現(xiàn)組件的指令，其中，所述組件控制用于修改的指令的執(zhí)行。
13.如權(quán)利要求1所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于在圖形用戶界面中實現(xiàn)多個組件的指令，其中，所述組件控制以下指令的執(zhí)行(a)用于模擬光學(xué)模型的指令，(b)用于模擬數(shù)字模型的指令，(c)用于分析的指令以及(d)用于修改的指令，并且進一步包括用于有選擇地在組件之間共享數(shù)據(jù)的指令。
14.如權(quán)利要求13所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于在工具箱中形成多個模板組件的指令和用于根據(jù)所述模板組件生成所述組件的指令。
15.如權(quán)利要求13所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于以程序設(shè)計的方式生成所述組件的指令。
16.如權(quán)利要求13所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于實現(xiàn)組件編輯器的指令，所述組件編輯器用于生成或修改組件。
17.如權(quán)利要求13所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于在分布式處理系統(tǒng)上分布處理一個或多個組件的指令。
18.如權(quán)利要求13所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于指定一個或多個所述組件的屬性的指令。
19.如權(quán)利要求18所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于將某些屬性指定為可變、拾取、固定或算法的指令。
20.如權(quán)利要求19所述的軟件產(chǎn)品，其中，所述用于修改的指令包括用于修改可變屬性從而修改所述光學(xué)模型和所述數(shù)字模型之一或二者的指令。
21.如權(quán)利要求13所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于實現(xiàn)所述組件的引腳并指定組件之間共享的數(shù)據(jù)的指令。
22.如權(quán)利要求1所述的軟件產(chǎn)品，所述用于修改的指令進一步包括用于平衡像差的指令。
23.如權(quán)利要求1所述的軟件產(chǎn)品，所述用于修改的指令進一步包括用于實現(xiàn)光學(xué)模型中的相位光學(xué)器件的指令。
24.如權(quán)利要求23所述的軟件產(chǎn)品，所述用于修改的指令進一步包括用于在數(shù)字模型中實現(xiàn)濾波器以便對所述相位光學(xué)器件造成的影響進行編碼的指令。
25.如權(quán)利要求1所述的軟件產(chǎn)品，所述用于修改的指令進一步包括用于實現(xiàn)專門的標線的指令。
26.如權(quán)利要求1所述的軟件產(chǎn)品，所述用于修改的指令包括用于基于所述分數(shù)和所述光學(xué)模型和數(shù)字模型的先前的修改，來修改所述光學(xué)模型和數(shù)字模型的指令。
27.如權(quán)利要求1所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于指定所述光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計和所述數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的一個或多個目標的指令。
28.如權(quán)利要求27所述的軟件產(chǎn)品，所述目標包括以下目標中的一個或多個(a)所述光學(xué)模型形成的圖像的質(zhì)量，(b)所述光學(xué)模型和所述數(shù)字模型的輸出的基于任務(wù)的效用，(c)所述光學(xué)和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn)成本，(d)所述光學(xué)和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn)尺寸以及(e)所述光學(xué)和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的較低的功耗。
29.如權(quán)利要求1所述的軟件產(chǎn)品，所述用于分析的指令包括用于控制外部光學(xué)模擬器以分析所述光學(xué)模型的模擬輸出，從而產(chǎn)生所述分數(shù)的指令。
30.如權(quán)利要求1所述的軟件產(chǎn)品，所述用于分析的指令包括用于控制外部數(shù)字模擬器以分析所述光學(xué)模型的模擬輸出，從而產(chǎn)生所述分數(shù)的指令。
31.如權(quán)利要求1所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于顯示來自所述光學(xué)模型和所述數(shù)字模型的圖像和其他信息的指令。
32.如權(quán)利要求1所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于輸出優(yōu)化的光學(xué)模型和優(yōu)化的數(shù)字模型的預(yù)測的性能的指令。
33.如權(quán)利要求1所述的軟件產(chǎn)品，所述用于修改的指令包括用于操作外部光學(xué)模擬器和外部數(shù)字模擬器以修改所述光學(xué)模型和所述數(shù)字模型之一或二者的指令。
34.一種軟件產(chǎn)品，包括存儲在計算機可讀介質(zhì)上的指令，其中，當所述指令被計算機執(zhí)行時，所述指令執(zhí)行用于優(yōu)化具有波前編碼的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的步驟，所述指令包括用于模擬光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的光學(xué)模型的指令；用于分析光學(xué)模型的模擬輸出以產(chǎn)生分數(shù)的指令；以及用于基于所述分數(shù)來修改所述光學(xué)模型的指令，其中修改所述光學(xué)模型包括在所述光學(xué)模型中實現(xiàn)相位改變光學(xué)器件。
35.如權(quán)利要求34所述的軟件產(chǎn)品，其中，所述用于模擬的指令、所述用于分析的指令和所述用于修改的指令重復(fù)執(zhí)行，直到實現(xiàn)所述光學(xué)系統(tǒng)的目標為止。
36.如權(quán)利要求34所述的軟件產(chǎn)品，所述用于模擬所述光學(xué)模型的指令包括用于操作外部光學(xué)模擬器的指令。
37.如權(quán)利要求34所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于從外部模擬器啟動執(zhí)行以下指令中的一個或多個指令的指令(a)所述用于模擬的指令，(b)所述用于分析的指令以及(c)所述用于修改的指令。
38.如權(quán)利要求34所述的軟件產(chǎn)品，所述用于分析的指令包括用于操作外部光學(xué)模擬器以分析光學(xué)模型的模擬輸出，從而產(chǎn)生所述分數(shù)的指令。
39.如權(quán)利要求34所述的軟件產(chǎn)品，所述用于分析的指令包括用于將光學(xué)模型的模擬輸出與目標所限定的一個或多個指標進行比較，以產(chǎn)生一個或多個結(jié)果的指令，并且所述用于分析的指令進一步包括用于處理所述結(jié)果以產(chǎn)生所述分數(shù)的指令。
40.如權(quán)利要求39所述的軟件產(chǎn)品，所述用于處理的指令包括用于利用比例、線性、非線性、連續(xù)和非連續(xù)函數(shù)或算法之一，對所述結(jié)果中的每一個進行加權(quán)的指令。
41.如權(quán)利要求34所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于在圖形用戶界面中實現(xiàn)組件的指令，其中，所述組件控制用于模擬光學(xué)模型的指令的執(zhí)行。
42.如權(quán)利要求34所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于在圖形用戶界面中實現(xiàn)組件的指令，其中，所述組件控制用于分析的指令的執(zhí)行。
43.如權(quán)利要求34所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于在圖形用戶界面中實現(xiàn)組件的指令，其中，所述組件控制用于修改的指令的執(zhí)行。
44.如權(quán)利要求34所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于在圖形用戶界面中實現(xiàn)多個組件的指令，其中，所述組件控制以下指令的執(zhí)行(a)用于模擬光學(xué)模型的指令，(b)用于分析的指令以及(c)用于修改的指令，并且進一步包括用于有選擇地在組件之間共享數(shù)據(jù)的指令。
45.如權(quán)利要求44所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于實現(xiàn)所述組件的引腳并指定組件之間的共享數(shù)據(jù)的指令。
46.如權(quán)利要求44所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于在工具箱中形成多個模板組件的指令和用于根據(jù)所述模板組件生成所述組件的指令。
47.如權(quán)利要求44所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于以程序設(shè)計的方式生成所述組件的指令。
48.如權(quán)利要求44所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于實現(xiàn)組件編輯器的指令，所述組件編輯器用于生成或修改組件。
49.如權(quán)利要求44所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于通過分布式處理系統(tǒng)，分布處理一個或多個組件的指令。
50.如權(quán)利要求44所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于指定一個或多個所述組件的屬性的指令。
51.如權(quán)利要求50所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于將某些屬性指定為可變、拾取、固定或算法的指令。
52.如權(quán)利要求51所述的軟件產(chǎn)品，其中，所述用于修改的指令包括用于修改可變屬性從而修改所述光學(xué)模型的指令。
53.如權(quán)利要求34所述的軟件產(chǎn)品，所述用于修改的指令包括用于平衡像差的指令。
54.如權(quán)利要求34所述的軟件產(chǎn)品，所述用于修改的指令包括用于實現(xiàn)專門的標線的指令。
55.如權(quán)利要求34所述的軟件產(chǎn)品，所述用于修改的指令包括用于基于所述分數(shù)和所述光學(xué)模型的先前的修改，來修改所述光學(xué)模型的指令。
56.如權(quán)利要求34所述的軟件產(chǎn)品，所述用于分析的指令包括用于控制外部光學(xué)模擬器以分析所述光學(xué)模型的模擬輸出，從而產(chǎn)生所述分數(shù)的指令。
57.如權(quán)利要求34所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于顯示所述光學(xué)模型的圖像和其他信息的指令。
58.如權(quán)利要求34所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于輸出優(yōu)化的光學(xué)模型的預(yù)測性能的指令。
59.如權(quán)利要求34所述的軟件產(chǎn)品，進一步包括用于指定述光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的目標的指令。
60.如權(quán)利要求59所述的軟件產(chǎn)品，所述目標包括以下目標中的一個或多個(a)所述光學(xué)模型形成的圖像的質(zhì)量，(b)來自所述光學(xué)模型的輸出的基于任務(wù)的效用，(c)所述光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn)成本，(d)所述光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn)尺寸以及(e)所述光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的較低的功耗。
61.如權(quán)利要求34所述的軟件產(chǎn)品，所述用于修改的指令包括用于執(zhí)行外部光學(xué)模擬器以修改所述光學(xué)模型的指令。
62.一種用于優(yōu)化光學(xué)和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的方法，包括生成所述光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的光學(xué)模型；生成所述數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)字模型；分析所述光學(xué)模型和所述數(shù)字模型的模擬輸出，以產(chǎn)生分數(shù)；處理所述分數(shù)以確定所述模擬輸出是否實現(xiàn)了一個目標或多個目標；如果未實現(xiàn)所述目標，則修改至少所述光學(xué)模型和所述數(shù)字模型之一的一個或多個屬性；重復(fù)分析、處理和修改步驟，直到實現(xiàn)所述目標為止；以及根據(jù)所述光學(xué)模型和所述數(shù)字模型，生成優(yōu)化的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)化的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計。
63.如權(quán)利要求62所述的方法，進一步包括指定所述目標。
64.如權(quán)利要求62所述的方法，所述生成所述光學(xué)模型的步驟包括與圖形用戶界面配合作用，以便利用根據(jù)模板生成的組件來確定所述光學(xué)模型。
65.如權(quán)利要求62所述的方法，所述生成所述數(shù)字模型的步驟包括與圖形用戶界面配合作用，以便利用根據(jù)模板生成的組件來確定所述數(shù)字模型。
66.如權(quán)利要求62所述的方法，所述修改步驟包括修改所述組件的一個或多個可變的屬性。
67.如權(quán)利要求62所述的方法，所述修改步驟包括在所述光學(xué)模型內(nèi)實現(xiàn)相位光學(xué)器件。
68.如權(quán)利要求62所述的方法，所述目標包括以下目標中的一個或多個(a)所述光學(xué)模型形成的圖像的質(zhì)量，(b)所述數(shù)字模型形成的圖像的質(zhì)量，(c)所述光學(xué)模型和所述數(shù)字模型的輸出的基于任務(wù)的效用，(d)所述光學(xué)和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn)成本，(e)所述光學(xué)和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn)尺寸以及(f)所述光學(xué)和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的較低的功耗。
69.一種用于優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的系統(tǒng)，包括所述光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的光學(xué)模型；所述數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)字模型；用于模擬所述光學(xué)模型的光學(xué)模擬器；用于模擬所述數(shù)字模型的數(shù)字模擬器；用于分析所述光學(xué)模型和所述數(shù)字模型的模擬輸出，以產(chǎn)生分數(shù)的分析器；基于所述分數(shù)，修改所述光學(xué)模型和所述數(shù)字模型的優(yōu)化器。
全文摘要
一種優(yōu)化光學(xué)和/或數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的系統(tǒng)、方法和軟件產(chǎn)品。生成所述光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的光學(xué)模型。生成所述數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)字模型。分析光學(xué)模型和數(shù)字模型的模擬輸出以產(chǎn)生分數(shù)。處理所述分數(shù)以確定所述模擬輸出是否實現(xiàn)了一個或多個目標。如果未實現(xiàn)所述目標，則修改至少所述光學(xué)模型和所述數(shù)字模型之一的一個或多個屬性。重復(fù)分析、處理和修改步驟，直到實現(xiàn)所述目標為止，以及根據(jù)所述光學(xué)模型和所述數(shù)字模型，生成優(yōu)化的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)化的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計。
文檔編號G06G7/48GK1898590SQ200480039037
公開日2007年1月17日 申請日期2004年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月1日
發(fā)明者小愛德華·雷蒙德·道斯基, 格雷戈里·E.·約翰遜, 肯尼思·斯科特·庫貝拉, 肯尼斯·阿什利·梅肯, 戈蘭·M.·勞克 申請人:Cdm光學(xué)有限公司