[原创]SYNOPSYS代码详解-消色差透镜设计及公差分析 [复制链接]

JjQ9AJ?
-V  
yOyuMZo6  
首先，消色差透镜的初始结构设计代码如下： aV G4Df  
RLE                                                     ！读取镜头文件 LR y&/d  
ID F10 APO                                        ！镜头标识 92M_Z1_w[  
WAVL 0.65 0.55 0.45                         ！定义三个波长，按照长波到短波顺序排列 [W=6NAd  
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。 B)s%B'  
UNITS INCH                                      ！透镜单位为英寸 qIk(ei  
0 AIR                                                                        ！物面处于空气中 yVH>Q-{  
1 RAD -300.4494760791975   TH      0.58187611  ！表面1的半径，厚度 WP4"$W
 
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 z`Xc] cPi  
1 GTB S    'N-SK4 '                                                  ！表面1玻璃类型为N-SK4 3'[ g2JR  
2 RAD     -7.4819193194388   TH      0.31629961 AIR   ！表面2在空气中的半径，厚度 1qhSN#s{_  
2 AIR                                                                                 ！表面2处于空气中 R^Y_i  
3 RAD     -6.8555018049530   TH      0.26355283           ！表面3的半径，厚度 [+b&)jN*2  
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 Sxcp [g;  
3 GTB S    'N-KZFS4'                                                     ！表面3玻璃类型为N-KZFS4 k9iB-=X?4s  
4 RAD      5.5272935517214   TH      0.04305983 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 t8t+wi!  
4 AIR                                                                                  ！表面4处于空气中 9~}.f1z  
5 RAD      5.6098999521052   TH      0.53300999   ！表面5的半径，厚度 n4 J*04K  
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 Fy^MI*}BZ  
5 GTB S    'N-BAF10'                                               ！表面5玻璃类型为N-BAF10 y-)5d  
6 RAD    -27.9819596092866  TH     39.24611007 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 gU@BEn}  
6 AIR                                                                                  ！表面6处于空气中 Ia-nA|LBxI  
6 CV      -0.03573731                                                         ！表面6的曲率 J;Veza  
6 TH     39.24611007      ！表面6的厚度 Fd>e
pvR  
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 U46Z~B  
7 RAD    -11.2104527948015   TH      0.00000000 AIR  ！表面7（像面）的半径，厚度 iTJE:[W"y  
END                                                                                  ！以END结束 :xsNn55b  
SaA-Krn  
*w6(nG'M{  
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： bw OG|\  
P yN{  
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： 6G<gA>V  
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。 LRv[,]b  
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’。 S&F  
得到玻璃的色散图如下： N m@UM*D  
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： X>ck.}F  
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。 3ULn ]jA  
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。 7oZtbBs]M  
'S
nB7Y  
!Bn,f2  
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。 i" >kF@]c8  
ZGQz@H5  
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。 e2L4E8ST<  

9u] "($  
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： utBKl'`  
OQh4MN#$  
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： Ys@G0}\3G  
}TwSSF|}3  
&E`=pe/e  
图2更换玻璃N-BAK2后的消色差透镜 D:Fi/JY~  
接下来，运行下面代码对透镜进行优化，代码如下： .?*TU~S  
PANT                                            ！参数输入 #lO~n.+P  
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 lW3wmSWn%  
VLIST TH 2 4                               ！改变表面2和表面4的厚度 L<_zQ  
END                                              ！以END结束 0M|Jvw'n|  
g0A,VX:2  
AANT                                           ！像差输入 _4~q&?}V  
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 PR~9*#"v..  
ACC                                              ！自动控制玻璃元件的中心厚度，防止中心厚度太厚 Q'Vejz/  
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； +<w\K*  
GNO 0 .2 3 M .75 0  ！校正0.75视场光线网格OPD像差 {qL}:ha?  
GNO 0 .1 3 M 1.0 0  ！校正全视场光线网格OPD像差 dmk_xBy s|  
END                          ！以END结束 ($[)Tcq*~  
|!"qz$8fB  
SNAP                        ！设置PAD更新频率，每迭代一次PAD更新一次 5yQ\s[;o3  
SYNO 30                  ！迭代次数30次 @&GfCg5Cb  
优化后的消色差镜头结构，如图3所示。由图可知，此透镜的校正的光程差优于1/4波长。并保存镜头文件，命名为'C12L2.RLE'。 9\KMU@Ne  
Pm!/#PtX  
接着，我们查看离焦在新设计中随波长的变化，如下图。运行以下代码： oO][X  
CHG                    ！改变镜头 ;'4HR+E"  
NOP                     ！移除所有在透镜上的拾取和求解 =SLCG.  
END                     ！以END结束 "D?:8!\!  
PLOT DELF FOR WAVL = .45 TO .65  ！绘制离焦在波长0.45um~0.65um范围内的变化 K#4Toc#=V  
d2(3 ,  
Wd]MwDcO  
离焦随波长变化的数据分析，分析表明在设计波长范围内的离焦大约为0.0026英寸。 fE,Io3  
zb& 3{,  
透镜具有完美的艾里斑，通过图像工具(MIT)计算，并且为透镜分配了十个波长，在中心产生良好的白色，并具体相干效果。如下图。 ^=7XA894  
EN{o3@ O'  
现在，我们计算消色差透镜的公差。首先移除表面6上的曲率求解。代码如下： !\/J|~XZ  
CHG &@/25Y2  
6 NCOP          ！移除表面6的曲率求解 ysFp`  
END p5JRG2zt  
E% d3}@  
然后，在CW命令窗口输入MSB，进行BTOL设置，如图： fe!{vrS  
y$U(oIU>  
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。 3jDAj!_ea  
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。 ,8Q&X~$rY  
9jW"83*5  
预测的公差如图所示。由图可知，透镜1和透镜2之间的空气间隔公差为0.00157英寸。透镜2和透镜3之间的空气间隔公差为0.000426英寸。 ?
<6yKxn  
透镜2的V-number的公差为0.05359。同时该透镜保持0.00024的共轴性。 > ,;<Bz|X  
H/N4tWk"  
go B'C  
现在呢，公差太小，没有办法按照预估公差来制造透镜。所以怎样将公差放大呢？ 0*XCAnJ^_  
在CW中输入THIRD SENS： (.N!(;G  
tl+ 9SBl  
vz3#.a~2  
XWv;l)  
SAT的值为8.363，即每个表面对球差SA3贡献的平方和为8.363。接下来，通光减小SAT值，来降低公差灵敏度，放大公差。 %2^wyVkq:  
QI*<MF,1  
优化宏代码如下： K410.o/=-  
PANT aKC,{}f$m  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7 NNw0 G&  
VLIST TH 2 4 (qdvvu#E  
END L=wpZ`@ y  
AANT ^vha4<'-qG  
AEC 3V%ts7:a  
ACC V?&P).5)  
M 4 1 A SAT                      ！SAT的目标值为4，权重为1； |ZtNCB5{^j  
GSO 0 1 5 M 0 0   'mO>hD`V  
GNO 0 .2 4 M .75 0   J/B`c(  
GNO 0 .1 4 M 1.0 0   +a0` ,Jc  
END #dDM "s  
SNAP U6F1QLSLz  
SYNO 30 ?,^Aoy  
X}B]0z>  
\@m^w"Ij  
优化后的透镜结果，如图4所示： 5]~451  
x4-_K%  
{fa3"k_ke  
]Gf`nJDV  
cUC!'+L  
现在的THIRD SENS为： ]-cSTtO  
DhD^w;f]  
hO; XJyv  
-mw`f)?Ev  
新BTOL宏代码如下： R
'Uf#.  
CHG aKz:hG  
NOP I`;SA~5  
END +F+M[ef<ws  
<h%I-e6  
BTOL 2                      ！设置置信区间 {BzE  
xQkvK=~$  
EXACT INDEX 1 3 5    ！表面1，表面3和表面5的折射率是精确的 9PdD=9HH  
EXACT VNO 1 3 5        ！表面1，表面3和表面5的V-number是精确的 vKBijmE  
pD;fFLvN  
TPR ALL                  ！  假定所有表面与光学样板匹配                                                             q5{h@}|M  
TOL WAVE 0.1        ！最大波前变化值为0.1 Go(Td++HS  
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 i>e?$H,/  
                                             数字100是指允许的最大调整值； bX>R9i$  
vwAtX($  
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 a'(B}B=h  
v?_L_{x;W  
GO                          ！BTOL输入文件的最后输入，并执行程序 G_<4% HM  
STORE 4                ！透镜结果储存在透镜库的位置4 5i+cjT2  
运行BTOL宏之后，公差稍微宽松一点，如下图： GA;h7  
-ARks_\  
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。 ;OZl' . %`  
@MO/LvD  
 zPN:)  
P1ak>T*#2  
us+z8Mz  
qP]1}-  
3~:9ZWQ/  
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： [0vqm:P
 
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 e~7FK_y#0  
PASSES 20           ！对第一阶段(PHASE 1)优化的迭代次数 et?FX K"y  
FAORDER 5 3 1  ！透镜制造序列，按难度排序，最复杂的透镜放首位 3S" /l
  
(eSsx/  
PHASE 1              ！第一阶段，优化透镜参数 8N \<o7t%  
PANT yK-DzAv  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 6 aa"3 Io  
VLIST TH 2 4 6 )D ~ 5  
END w[C*w\A\M  
3g3f87[  
AANT dz!m8D0  
GSO 0 1 5 M 0 yD#(Iw  
GNO 0 1 5 M 1   &8?O ~X=/  
END t YxN^VqU  
SNAP 0TZB}c#qT  
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 i%[+C  
FzNj':D  
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 X9ZHYlr+Q  
PANT '6; {DX  
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 IqiU  
VY 3 XDC 2 100 -100   ！改变表面3的X方向偏心 /l_u $"  
VY 5 YDC 2 100 -100 [>t;P,  
VY 5 XDC 2 100 -100 @dx8{oQ  
VY 6 TH                        ！改变表面6的厚度 m'QG{f  
END YxrMr9>l1  
AANT %-a;HGbZn  
GNO 0 1 4 M 0 0 0 F @T:J<,  
GNO 0 1 4 M 1 0 0 F   "YaT1`Kr  
END hz*T"HJ]t  
SNAP KIp^| k7>  
SYNO 30 'v9M``  
h8X[*Wme  
PHASE 3 ！第三阶段；当遇到第三阶段的输入，程序循环整个过程 v>j,8E  
eL~3CAV{  
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。 b b.UtoPz  
4.^T~n G  
E- [Eg  
再次在CW中输入MC PLOT，得到MC直方图： yjsj+K pL  
Je,o(:  
j1A%LS;c_  
J/Lf(;C_  
W@ &a  

很好的文章

谢谢楼主分享！！

资料非常不错，必须点赞！