[原创]SYNOPSYS代码详解-消色差透镜设计及公差分析 [复制链接]

iQ:]1H s  
ao Y"uT+  
首先，消色差透镜的初始结构设计代码如下： 'r3I/qg*m  
RLE                                                     ！读取镜头文件 o ;.j_
 
ID F10 APO                                        ！镜头标识 |[C3_'X  
WAVL 0.65 0.55 0.45                         ！定义三个波长，按照长波到短波顺序排列 Rs7=v2>I  
APS 3           ！光阑面为表面3，程序会执行一个光瞳来重新计算YP1和XP1，而忽略输入的YP1和XP1值。 @ 3FTf"#Y  
UNITS INCH                                      ！透镜单位为英寸 cu.f]'  
0 AIR                                                                        ！物面处于空气中 |_Z(}% <o  
1 RAD -300.4494760791975   TH      0.58187611  ！表面1的半径，厚度 $:SHZe  
1 N1 1.60978880 N2 1.61494395 N3 1.62386887  ！玻璃类型为N-SK4的三个波长折射率被精确指定 |6$6Za]:  
1 GTB S    'N-SK4 '                                                  ！表面1玻璃类型为N-SK4 =ejkE; %L  
2 RAD     -7.4819193194388   TH      0.31629961 AIR   ！表面2在空气中的半径，厚度 `}"*i_0-5'  
2 AIR                                                                                 ！表面2处于空气中 zuXJf+]  
3 RAD     -6.8555018049530   TH      0.26355283           ！表面3的半径，厚度 _r&`[@m  
3 N1 1.60953772 N2 1.61628830 N3 1.62823445         ！玻璃类型为N-KZFS4的三个波长折射率被精确指出 e5C560  
3 GTB S    'N-KZFS4'                                                     ！表面3玻璃类型为N-KZFS4 G|v{[>tr  
4 RAD      5.5272935517214   TH      0.04305983 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 7@5}WNr  
4 AIR                                                                                  ！表面4处于空气中 d XrLeoK  
5 RAD      5.6098999521052   TH      0.53300999   ！表面5的半径，厚度 o|$l+TC  
5 N1 1.66610392 N2 1.67304720 N3 1.68543133   ！玻璃类型为N-BAF10的三个波长折射率被精确指出 j$siCsF  
5 GTB S    'N-BAF10'                                               ！表面5玻璃类型为N-BAF10 *JUP~/Nr  
6 RAD    -27.9819596092866  TH     39.24611007 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 <OCy  
6 AIR                                                                                  ！表面6处于空气中 b v~"_)C  
6 CV      -0.03573731                                                         ！表面6的曲率 dk# LAm0<  
6 TH     39.24611007      ！表面6的厚度 3Jf
_3c  
6 YMT 0.0000000          ！YMT求解在表面7上指定的轴向边缘光线高度为0时所对应的厚度 >`SIB; &>j  
7 RAD    -11.2104527948015   TH      0.00000000 AIR  ！表面7（像面）的半径，厚度 `VwZDU~6  
END                                                                                  ！以END结束 <Zl}u:(w  
m onqaSF  
|-%[Z  
运行上述代码后，点击图标 打开PAD二维图，得到消色差透镜的初始结构，如图1所示： rgJKXl;@s  
??Q'| r  
点击PAD图中的图标 ，打开玻璃表，已经选中玻璃库Schott，这是我们先前指定的玻璃库，点击OK，得到显示Nd和Vd的玻璃图，如下图： ~A(fn
:d  
绿色圆圈旁边的数字表示目前三片式透镜表面1、表面3、表面5，即被定义了玻璃类型的表面。 n3-5`Jti  
而我们关心的是色散特性。所以需单击‘Graph’按钮，然后单击‘Plot P(F,e)vs.Ve’，再点击‘OK’。 M<4~ewWJ  
得到玻璃的色散图如下： k|'{$/n  
现在，我们查看表面1的玻璃材料的性能。具体操作：单击数字1的绿色圆圈，然后单击‘Properties’按钮。最后表面1的玻璃材料N-SK4的性能如下： 3o5aB1  
图中显示，N-SK4的酸度(Acid)等级为5，湿度等级(Humidity)为3;此玻璃暴露在空气中的性能不稳定。因此，需要更换一种玻璃材料。 }w}2'P'T  
如何选取更换材料？首先我们单击'Graph'按钮，选择‘Acid Sensitivity ’,点击‘OK’，得到下图，图中玻璃位置处的红色垂线表示酸敏感度，垂线越长，玻璃越不耐用。 1Ue)&RW  
.Cwgl  
pX `BDYg.  
从图中，我们发现N-BAK2根本没有线，可以选取其作为更换材料。 SvLI%>B
=9  
$F"'=+0  
于是，单击N-BAK2符号，名称出现在右侧窗口时，在‘Surface’中填写‘1’，然后点击'Apply',这样就为表面1分配了玻璃类型N-BAK2。 a<*q+a(*W  
)!z<q}i5  
另外，N-BAK2的特性如下，其酸碱度等级为1，湿度等级为2，而且价格也比N-SK4低： V{+'(<SV  
4+"2K-]   
现在PAD图中的透镜像差非常差，这是因为表面1更换玻璃N-BAK2后，还未进行优化，如图2所示： GH[ATL  
eg!s[1[_  
z3x/Y/X$S  
图2更换玻璃N-BAK2后的消色差透镜 %38HGjS  
接下来，运行下面代码对透镜进行优化，代码如下： )_BQ@5NK  
PANT                                            ！参数输入 0h=NbLr|S-  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7                ！改变表面1、表面2、表面3、表面4、表面5以及表面7的半径 yq]=+X>(  
VLIST TH 2 4                               ！改变表面2和表面4的厚度 dxfF.\BFDn  
END                                              ！以END结束 *oZ]k`-!8  
!Lkk1zo  
AANT                                           ！像差输入 |Lf>Z2E  
AEC                                              ！自动控制玻璃元件和空气间隙的边缘羽化，防止边缘厚度太薄 Pfi|RTX$'*  
ACC                                              ！自动控制玻璃元件的中心厚度，防止中心厚度太厚 XT+V> HI  
GSO 0 1 4 M 0 0  ！校正0视场弧矢面中产生的光线网格OPD像差；0-孔径权重占比，1-权重，4-光线数，M-多色，0-Y视场，0-X视场； @ >_v/U'  
GNO 0 .2 3 M .75 0  ！校正0.75视场光线网格OPD像差 DXA<m2&64N  
GNO 0 .1 3 M 1.0 0  ！校正全视场光线网格OPD像差 PgHe;^?j  
END                          ！以END结束 m#w1?y)Z@X  
NhJ]X cfP8  
SNAP                        ！设置PAD更新频率，每迭代一次PAD更新一次 ~j3O0s<gK  
SYNO 30                  ！迭代次数30次 ;GQCq@)-  
优化后的消色差镜头结构，如图3所示。由图可知，此透镜的校正的光程差优于1/4波长。并保存镜头文件，命名为'C12L2.RLE'。 *WMI<w~_  
,^wjtA3j8  
接着，我们查看离焦在新设计中随波长的变化，如下图。运行以下代码： [QUaC3l)  
CHG                    ！改变镜头 X6 E^5m  
NOP                     ！移除所有在透镜上的拾取和求解 AwnQ5-IR\  
END                     ！以END结束 7]sRHX0o%  
PLOT DELF FOR WAVL = .45 TO .65  ！绘制离焦在波长0.45um~0.65um范围内的变化 (-S\%,hO  
'aV])(Wm>  
^Mvgm3hg  
离焦随波长变化的数据分析，分析表明在设计波长范围内的离焦大约为0.0026英寸。 {0L.,T~g+[  
L;RHshTy  
透镜具有完美的艾里斑，通过图像工具(MIT)计算，并且为透镜分配了十个波长，在中心产生良好的白色，并具体相干效果。如下图。 yK+1C68A  
At<D36,^"  
现在，我们计算消色差透镜的公差。首先移除表面6上的曲率求解。代码如下： /tdRUX  
CHG ^k J>4  
6 NCOP          ！移除表面6的曲率求解 -XASS%  
END @tT2o@2Y^  
VEsIhjQ  
然后，在CW命令窗口输入MSB，进行BTOL设置，如图： ?i{/iH~Sf  
(jmF7XfU  
其中，数字2-设置统计可信水平为2个sigma，则在一大批透镜中应有99.53%透镜的像质等于或优于要求。 B)/L[ )S  
在CW中看到预期的结果如下图。图中表明轴上像质将会有0.05的变动。 Z1}@N/>>  
s,CN<`/>x  
预测的公差如图所示。由图可知，透镜1和透镜2之间的空气间隔公差为0.00157英寸。透镜2和透镜3之间的空气间隔公差为0.000426英寸。  ^t}1$H  
透镜2的V-number的公差为0.05359。同时该透镜保持0.00024的共轴性。 %fuV
]  
o'EJ,8  
_.%U}U  
现在呢，公差太小，没有办法按照预估公差来制造透镜。所以怎样将公差放大呢？ 3-/F]}0y6  
在CW中输入THIRD SENS： '[Zgwz;z  
+-r ~-bs  
N?EeT}m_  
j DkBe-`  
SAT的值为8.363，即每个表面对球差SA3贡献的平方和为8.363。接下来，通光减小SAT值，来降低公差灵敏度，放大公差。 Nn#;Kjul.  
3d`u!i?/  
优化宏代码如下： ^]5^p9Jt"e  
PANT 1,7  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7 ^>/~MCyM.  
VLIST TH 2 4 g@zhh
BtQ  
END ,Dab(  
AANT 0^3n#7m;K  
AEC "IHFme@^  
ACC K+\2cf?bU  
M 4 1 A SAT                      ！SAT的目标值为4，权重为1； 6Vgxfic  
GSO 0 1 5 M 0 0   :i3 W U%  
GNO 0 .2 4 M .75 0   8kLHQ0pmu  
GNO 0 .1 4 M 1.0 0   7#&e0fw/I  
END  "F=ta  
SNAP 0Ke2%+yqJ  
SYNO 30 mY[*(a  
S2jn  pf}  
+'/C(5y)0X  
优化后的透镜结果，如图4所示： 3a?|}zr4  
]f~!Qk!I7r  

p`2Q6  
L1#_  
1'!D   
现在的THIRD SENS为： d@%PTSX  
_WR/]1R  
<0!<T+JQ  
cd|/4L6  
新BTOL宏代码如下： pAws{3(Q  
CHG G0A\"2U  
NOP Dz&,g+>$J  
END Vx{   
99tUw'w  
BTOL 2                      ！设置置信区间 WMa`!Q  
J4x|Afp  
EXACT INDEX 1 3 5    ！表面1，表面3和表面5的折射率是精确的 T/FZn{I  
EXACT VNO 1 3 5        ！表面1，表面3和表面5的V-number是精确的 VAo`R9^D#  
lc3N i<3v  
TPR ALL                  ！  假定所有表面与光学样板匹配                                                             @\r2%M-  
TOL WAVE 0.1        ！最大波前变化值为0.1 9#>nFs"H  
ADJUST 6 TH 100 100  ！调整表面6的厚度，第一个数字100是指一组移动的表面数目；第二个 $
>7T s>8  
                                             数字100是指允许的最大调整值； nYR#Q|  
l"1*0jgBw  
PREPARE MC         ！自动准备一个调整文件，以便后续的MC运行需使用该文件来检查统计信息 O!t=,F1j  
_pmo 6O  
GO                          ！BTOL输入文件的最后输入，并执行程序 R.?PD$;_M  
STORE 4                ！透镜结果储存在透镜库的位置4 |/ji
'Bh  
运行BTOL宏之后，公差稍微宽松一点，如下图： ^/VnRpU  
D |=L)\  
接着，运行MC程序来检查透镜情况。在CW中输入：SYNOPSYS AI> MC 50 4 QUIET -1 ALL 5;此命令将会测试一批储存在透镜库4中的50片透镜，按照上述预计公差来制作透镜，然后监控比较这一批透镜的统计数据，将最坏的透镜情况保存在透镜库位置5。 f@gvDo]Y  
JZK93R  
S['cX ~  
n.i8?:  
q6ZewuV.  
Y/5(BK)  
5$$#d_Gj  
于是，对保存在透镜库4的透镜进行制造调整。使用FAMC指令(FAMC是制造调整MC)分析统计数据。代码如下： 
?6]B6  
FAMC 50 4 QUIET -1 ALL 5  ！测试透镜库4中的50片透镜，按照预计公差来制作透镜，然后监控对比所有透镜质量，将最坏透镜结果保存在透镜库5 peHjKK  
PASSES 20           ！对第一阶段(PHASE 1)优化的迭代次数 lMH~J8U3  
FAORDER 5 3 1  ！透镜制造序列，按难度排序，最复杂的透镜放首位 Sl-9im1  
h$}PQ   
PHASE 1              ！第一阶段，优化透镜参数 dVk(R9 8  
PANT f[ 2PAz  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 6 6Xz d>5x  
VLIST TH 2 4 6 <5^m`F5  
END 6#AEVRJKU@  
U{j4FlB  
AANT 4AKr.a0q  
GSO 0 1 5 M 0 Z\]{{;%4b7  
GNO 0 1 5 M 1   ak-agH  
END B`t/21J  
SNAP xXc>YTK'  
EVAL   ！必须以EAVL结束，第一阶段已经将透镜公差应用于透镜本身，然后依次完成所有透镜制作 &CcW(-  
[V>s]c<4`o  
PHASE 2              ！第二阶段，只优化不包括在第一阶段中的透镜参数和评价函数 m)LI| v  
PANT C\joDAD  
VY 3 YDC 2 100 -100   ！改变表面3的Y方向偏心，上限为2，下限为100，增量为-100 YQ.ci4.f  
VY 3 XDC 2 100 -100   ！改变表面3的X方向偏心 q7<d|s
 
VY 5 YDC 2 100 -100 F

,A+O+  
VY 5 XDC 2 100 -100 e&2,cQRFV  
VY 6 TH                        ！改变表面6的厚度 &AOGg\  
END }6B
Xa  
AANT 1r};cY6  
GNO 0 1 4 M 0 0 0 F / Y
 od  
GNO 0 1 4 M 1 0 0 F   {%CW!Rc
 
END (~%NRH<\  
SNAP h_{f_GQ"  
SYNO 30 gS'7:UH,
  
C #iZAR  
PHASE 3 ！第三阶段；当遇到第三阶段的输入，程序循环整个过程 BW
vM~no  
-
KV,l  
运行代码之后，得到带有制造调整的MC的最差透镜情况，如图6所示。 y631;dU  
G<=I\T'g;  
#g0_8>t  
再次在CW中输入MC PLOT，得到MC直方图： BWQ`8
 
u z7|!G!43  
J4"A6`O  

_/z_ X  
-seLa(8F  

很好的文章

谢谢楼主分享！！

资料非常不错，必须点赞！