[原创]SYNOPSYS代码详解-消色差透镜设计及公差分析 [复制链接]

*{g3ia  
d9N[f>  
首先，消色差透镜的初始结构设计代码如下： T$4{fhV \  
RLE                                                     ！读取镜头文件 __=H"UhWv  
ID F10 APO                                        ！镜头标识 Z_d"<k}I  
WAVL 0.65 0.55 0.45                         ！定义三个波长，按照长波到短波顺序排列 ]lB zpD  
APS 3           ！光阑面为表面3，程序会执行一个光瞳来重新计算YP1和XP1，而忽略输入的YP1和XP1值。 -%nD'qy,.  
UNITS INCH                                      ！透镜单位为英寸 v}B%:1P4  
0 AIR                                                                        ！物面处于空气中 !`DRJ)h  
1 RAD -300.4494760791975   TH      0.58187611  ！表面1的半径，厚度 Q;h.}N8W  
1 N1 1.60978880 N2 1.61494395 N3 1.62386887  ！玻璃类型为N-SK4的三个波长折射率被精确指定 =2Y;)wrF  
1 GTB S    'N-SK4 '                                                  ！表面1玻璃类型为N-SK4 )vp0X\3q`  
2 RAD     -7.4819193194388   TH      0.31629961 AIR   ！表面2在空气中的半径，厚度 3EoCEPb#  
2 AIR                                                                                 ！表面2处于空气中 .tBlGMcN  
3 RAD     -6.8555018049530   TH      0.26355283           ！表面3的半径，厚度 7_0p& 3  
3 N1 1.60953772 N2 1.61628830 N3 1.62823445         ！玻璃类型为N-KZFS4的三个波长折射率被精确指出 nm'l}/Ug  
3 GTB S    'N-KZFS4'                                                     ！表面3玻璃类型为N-KZFS4 7Cgi&  
4 RAD      5.5272935517214   TH      0.04305983 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 pLMt2G  
4 AIR                                                                                  ！表面4处于空气中 \}jMC  
5 RAD      5.6098999521052   TH      0.53300999   ！表面5的半径，厚度 Z8$}Rpo  
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 #c"eff  
5 GTB S    'N-BAF10'                                               ！表面5玻璃类型为N-BAF10 =ily=j"hK  
6 RAD    -27.9819596092866  TH     39.24611007 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 LPk@t^[  
6 AIR                                                                                  ！表面6处于空气中 fi+}hGj(r  
6 CV      -0.03573731                                                         ！表面6的曲率 .l}Ap7@  
6 TH     39.24611007      ！表面6的厚度 ^X#y'odtbS  
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 .@1+}0  
7 RAD    -11.2104527948015   TH      0.00000000 AIR  ！表面7（像面）的半径，厚度 sNf& "C!;  
END                                                                                  ！以END结束 %#6@PQ[R.  
J<)qw  
`lf_wB+I  
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： exRw, Nk4  
k.J%rRneN  
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： x*7@b8J  
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。 Hv,|XE@Y  
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’。 3JazQU  
得到玻璃的色散图如下： 7ZcF0h  
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： qwTz7r  
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。 h~dQ5%  
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。 {Jr1K,  
=SDex.ZK]
 
]8G 'R-8}  
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。 ?%kgfw@)  
{v={q1  
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。 ,EqQU|  
t}t(fJHY`  
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： .)E#*kLWR  
*,u3Wm|7  
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： ,0'GHQWz$  
gC7!cn  
[@$ SLl^Y  
图2更换玻璃N-BAK2后的消色差透镜
B4s$| i{D  
接下来，运行下面代码对透镜进行优化，代码如下： e02Hf{eOfw  
PANT                                            ！参数输入 y6 (L=$+B  
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 [8ZDMe  
VLIST TH 2 4                               ！改变表面2和表面4的厚度 Y:*% [\R  
END                                              ！以END结束 kD#T_d  
}:$cK(|  
AANT                                           ！像差输入 &YFe"C  
AEC                                              ！自动控制玻璃元件和空气间隙的边缘羽化，防止边缘厚度太薄 1$cl "d`~  
ACC                                              ！自动控制玻璃元件的中心厚度，防止中心厚度太厚 n6Oz[7M  
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； (Jp~=6&lKf  
GNO 0 .2 3 M .75 0  ！校正0.75视场光线网格OPD像差 L: $ `8  
GNO 0 .1 3 M 1.0 0  ！校正全视场光线网格OPD像差 ~[H8R|j "  
END                          ！以END结束 :.PA(97xb  
T;M ;c.U  
SNAP                        ！设置PAD更新频率，每迭代一次PAD更新一次 EBhdP  
SYNO 30                  ！迭代次数30次 fW= N  
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'。 "{<X! ^u>  
tSy 9v  
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： zw#n85=  
CHG                    ！改变镜头 ):N#X<b':  
NOP                     ！移除所有在透镜上的拾取和求解 %g:Q?   
END                     ！以END结束 H&-3`<  
PLOT DELF FOR WAVL = .45 TO .65  ！绘制离焦在波长0.45um~0.65um范围内的变化 ^%!{qAp}Z  
*+v*VH  
9!AvsC9  
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。 |GMo"[  
eb7UA=[Z  
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。 hh4R  
3JC uM_y  
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： b |:Y3_>  
CHG JuZkE9C,${  
6 NCOP          ！移除表面6的曲率求解 qu^g~"s  
END /KvJjt'8  
g$]WKy(D  
然后，在CW命令窗口输入MSB，进行BTOL设置，如图： gaN/ kp  
+TbAtkEF*  
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。 Q z(n41@`  
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。 0{vT`e'  
n*"r
!&Dg  
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。 }E ]l4N2  
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。 mrr]{K  
Sm<*TH!\n_  
Mf14> `<`  
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？ A|LO!P,w  
在CW中输入THIRD SENS： ?L\"qz%gP  
,KJHY
m=Q  
W`PJflr|  
U',C-56z  
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。 `Pc6 G*p  
^vMlRt;  
优化宏代码如下： <Q(E {c3"  
PANT dV[G-p  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7 q{`1[R  
VLIST TH 2 4 @\nQ{\^;  
END 6YU,>KP  
AANT .mfLHN%:  
AEC ;4!H- qZ  
ACC H2%Qu<Kg2  
M 4 1 A SAT                      ！SAT的目标值为4，权重为1； YA,~qT|  
GSO 0 1 5 M 0 0   qr4 lr!#t  
GNO 0 .2 4 M .75 0   vN^.MR+<  
GNO 0 .1 4 M 1.0 0   Q&.uL}R  
END *gH]R*Q[Rt  
SNAP mq[=,,#  
SYNO 30 AC1RP`c  
JrOxnxd^  
U.,S.WP+d  
优化后的透镜结果，如图4所示： GqxnB k1  
BzS4:e<  

=( |%%,3  
Cg]|x+  
x4_MbUe  
现在的THIRD SENS为： 4+q,[m-$(  
w@^J.7h^  
L0"|4=  
Fg
e%6hu  
新BTOL宏代码如下： pL1ABvBB  
CHG nDdY~f.B  
NOP qm!cv;}c1  
END GP c B(  
buX(mj:
&  
BTOL 2                      ！设置置信区间 a6n@   
Gw3+TvwU+Q  
EXACT INDEX 1 3 5    ！表面1，表面3和表面5的折射率是精确的 |1!fuB A  
EXACT VNO 1 3 5        ！表面1，表面3和表面5的V-number是精确的 vU,7Y|t`  
F%-@_IsG#  
TPR ALL                  ！  假定所有表面与光学样板匹配                                                             HNS^:XR  
TOL WAVE 0.1        ！最大波前变化值为0.1
Ag9GYm  
ADJUST 6 TH 100 100  ！调整表面6的厚度，第一个数字100是指一组移动的表面数目；第二个 QD,m`7(  
                                             数字100是指允许的最大调整值； )!27=R/  
LRHod1}mS  
PREPARE MC         ！自动准备一个调整文件，以便后续的MC运行需使用该文件来检查统计信息 "qq$i35x  
uuEvH<1  
GO                          ！BTOL输入文件的最后输入，并执行程序
M,JwoKyg  
STORE 4                ！透镜结果储存在透镜库的位置4 S|tA%2z  
运行BTOL宏之后，公差稍微宽松一点，如下图： c;]\$#2  
|iUF3s|?  
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。 -Ct+W;2  
>97YK =  
\2 DED  
t`Bk2Cc)+  
;g?PK5rB(  
JvXuN~fI{[  
#9(+)~irz`  
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： ~s&r.6DW  
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 O<p=&=TD7  
PASSES 20           ！对第一阶段(PHASE 1)优化的迭代次数 b)IQa,enH  
FAORDER 5 3 1  ！透镜制造序列，按难度排序，最复杂的透镜放首位 A v>v\ :.>  
m<j;f  
PHASE 1              ！第一阶段，优化透镜参数 SVVEb6&  
PANT s2,6aW C  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 6 8zMGpY#  
VLIST TH 2 4 6 JG^GEJ  
END -l}"DP _  
/ :.I&^>P  
AANT }~LGq.H  
GSO 0 1 5 M 0 +vJ}'uR3P  
GNO 0 1 5 M 1   TXYO{  
END `&x>2FJ  
SNAP nt_Cb*K<  
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 7p'pz8n`X  
9+*{3 t  
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 xr.;B`T0\'  
PANT yT<"?S>D  
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 [H!do$[>  
VY 3 XDC 2 100 -100   ！改变表面3的X方向偏心 f8K0/z  
VY 5 YDC 2 100 -100 rgXX,+c
O  
VY 5 XDC 2 100 -100 fif'ptK  
VY 6 TH                        ！改变表面6的厚度  IN6L2/Q  
END ^3vI
NF  
AANT EpACd8Fb  
GNO 0 1 4 M 0 0 0 F a%m>v,  
GNO 0 1 4 M 1 0 0 F   )RFY2}  
END 9:%')M&Q  
SNAP 'p!&&.%  
SYNO 30 6&i])iH  
dw}ge,bBic  
PHASE 3 ！第三阶段；当遇到第三阶段的输入，程序循环整个过程 ?^:5`  
{LKW%G7  
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。 DV?c%z`YO  
9. FXbNYg  
|w~*p N0  
再次在CW中输入MC PLOT，得到MC直方图： &`!H1E^  
;\13x][  
{6)H.vpP  
g("[wqgG  
~}D"8[ABj  

很好的文章

谢谢楼主分享！！

资料非常不错，必须点赞！