[原创]SYNOPSYS代码详解-消色差透镜设计及公差分析 [复制链接]

rfpeX  
: 2Ho  
首先，消色差透镜的初始结构设计代码如下： b)tvXi
O1>  
RLE                                                     ！读取镜头文件 }Zu>?U  
ID F10 APO                                        ！镜头标识 G'{$$+U^K  
WAVL 0.65 0.55 0.45                         ！定义三个波长，按照长波到短波顺序排列 NjIe2)}'  
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。 Y9F!HM-`  
UNITS INCH                                      ！透镜单位为英寸 u[$ \ az7  
0 AIR                                                                        ！物面处于空气中 /p+ (_Y  
1 RAD -300.4494760791975   TH      0.58187611  ！表面1的半径，厚度 {7LO|E}7  
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 AL74q[>  
1 GTB S    'N-SK4 '                                                  ！表面1玻璃类型为N-SK4 4mq+{c0  
2 RAD     -7.4819193194388   TH      0.31629961 AIR   ！表面2在空气中的半径，厚度 {{7%z4l  
2 AIR                                                                                 ！表面2处于空气中 q-P$ \":  
3 RAD     -6.8555018049530   TH      0.26355283           ！表面3的半径，厚度
sDL@e33Yb  
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 UT|FV twO  
3 GTB S    'N-KZFS4'                                                     ！表面3玻璃类型为N-KZFS4 mojD  
4 RAD      5.5272935517214   TH      0.04305983 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 P#m/b<  
4 AIR                                                                                  ！表面4处于空气中 eY^;L_7}p  
5 RAD      5.6098999521052   TH      0.53300999   ！表面5的半径，厚度 `!rH0]vy  
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 b0|q@!z>  
5 GTB S    'N-BAF10'                                               ！表面5玻璃类型为N-BAF10
}<6xZy  
6 RAD    -27.9819596092866  TH     39.24611007 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 ^_BHgbS%;  
6 AIR                                                                                  ！表面6处于空气中 STmn%&  
6 CV      -0.03573731                                                         ！表面6的曲率 69AgPAv<k  
6 TH     39.24611007      ！表面6的厚度 G66A]FIg  
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 U+gOojRy{  
7 RAD    -11.2104527948015   TH      0.00000000 AIR  ！表面7（像面）的半径，厚度 >Q':+|K}  
END                                                                                  ！以END结束 :a3 +f5  
'wB6-  
Blv!%es  
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： <\uz",e}  
RSEo'2  
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： ?0k(wiF  
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。 O9y4.`a"  
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’。 &
E|2-
)  
得到玻璃的色散图如下： PAG.],"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： +%vBDcf  
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。 wcGI2aflD  
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。 9$[I~I#z  
zO#{qF+~;  
|GPR3%9  
从图中，我们发现N-BAK2根本没有线，可以选取其作为更换材料。 {z)&=v@  
1~BDtHW7`n  
于是，单击N-BAK2符号，名称出现在右侧窗口时，在‘Surface’中填写‘1’，然后点击'Apply',这样就为表面1分配了玻璃类型N-BAK2。 BQYj"Wi  
}6/L5j:+  
另外，N-BAK2的特性如下，其酸碱度等级为1，湿度等级为2，而且价格也比N-SK4低： FO"8B  
sj;8[Xy's  
现在PAD图中的透镜像差非常差，这是因为表面1更换玻璃N-BAK2后，还未进行优化，如图2所示： aoNTRJc$  
3L2@C%  
P'o:Vhm_H  
图2更换玻璃N-BAK2后的消色差透镜 |~'D8 g:Ak  
接下来，运行下面代码对透镜进行优化，代码如下： Z4S0{
:XY  
PANT                                            ！参数输入 ml7nt0{  
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 a'R)3:S  
VLIST TH 2 4                               ！改变表面2和表面4的厚度 x;H#-^LxW=  
END                                              ！以END结束 ]TTX<R ZLr  
bkmW[w:M  
AANT                                           ！像差输入 z4l
O  
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 HV:mS*e  
ACC                                              ！自动控制玻璃元件的中心厚度，防止中心厚度太厚 .E!p
  
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； $V"NB`T  
GNO 0 .2 3 M .75 0  ！校正0.75视场光线网格OPD像差 AF{k^^|H  
GNO 0 .1 3 M 1.0 0  ！校正全视场光线网格OPD像差 S@suPkQ<>  
END                          ！以END结束 )k5lA=(Yr+  
mT
N6-V  
SNAP                        ！设置PAD更新频率，每迭代一次PAD更新一次 LS:3Dtq  
SYNO 30                  ！迭代次数30次 f.
Y9gkt3d  
优化后的消色差镜头结构，如图3所示。由图可知，此透镜的校正的光程差优于1/4波长。并保存镜头文件，命名为'C12L2.RLE'。 T!6H5>zA  
o l67x  
接着，我们查看离焦在新设计中随波长的变化，如下图。运行以下代码： Hfer\+RX  
CHG                    ！改变镜头 7^k`:Z  
NOP                     ！移除所有在透镜上的拾取和求解 o{*8l#x8  
END                     ！以END结束 &]~z-0`$!  
PLOT DELF FOR WAVL = .45 TO .65  ！绘制离焦在波长0.45um~0.65um范围内的变化 & -  
?{#P.2  
8?']W\)  
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。 k/nOz*  
`>RJ*_aKEI  
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。 ^DHFP-G?e  
Kzxzz6R?  
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： pTZPOv#?Q  
CHG .LafP}%  
6 NCOP          ！移除表面6的曲率求解 ?/"@WP9  
END >q <,FY!A  
\Ja%u"DA  
然后，在CW命令窗口输入MSB，进行BTOL设置，如图： 9A\J*OU  
Z5Ao3O@  
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。 ?7G?uk]3,@  
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。 ~=%eOoZP;c  
q=bJ9iJsq  
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。 (|ga#%iI  
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。 HeGGAjc  
X=(8t2  
,{itnKJC  
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？ 9`.b   
在CW中输入THIRD SENS： Mim 9C]h(  
?`\<t$M
 
4_PMl6qo  
GfQMdLy\Z  
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。 Pc? d@tm  
@)VJ,Ql$Y  
优化宏代码如下： %Iv+Y$'3B  
PANT nUmA  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7 Ew4DumI  
VLIST TH 2 4
nT|fDD|  
END &[S)zR=?  
AANT 8 gOK?>'9  
AEC ,n &|+&  
ACC 'ycs{}'  
M 4 1 A SAT                      ！SAT的目标值为4，权重为1； Ow//#:  
GSO 0 1 5 M 0 0   AP3SOT3I  
GNO 0 .2 4 M .75 0   ?Dd2k%o  
GNO 0 .1 4 M 1.0 0   LfOGq%&  
END 4CX*  
SNAP %PlPXoG=  
SYNO 30 w^R5/#F_r  
nkN]z ^j  
U0jq.]P  
优化后的透镜结果，如图4所示： %l:%c  
cY\-e?`=4  
CoJaVLl  
?A62VV51CN  
 PJkMn  
现在的THIRD SENS为： `;cKN)Xk  
9=3V}]^M  
]
BAF  
_Seiwk&  
新BTOL宏代码如下： /jj}.X7yH  
CHG k(VA5upCs  
NOP $ P#k|A
 
END z)|56 F7'  
;2dhue  
BTOL 2                      ！设置置信区间 t~U:{g~  
!(SaE'  
EXACT INDEX 1 3 5    ！表面1，表面3和表面5的折射率是精确的 P?TFX.p7
 
EXACT VNO 1 3 5        ！表面1，表面3和表面5的V-number是精确的 -QZped;?*  
[eWB vAiW  
TPR ALL                  ！  假定所有表面与光学样板匹配                                                             Q`19YX  
TOL WAVE 0.1        ！最大波前变化值为0.1 R )?8A\<E  
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 U.wgae].O;  
                                             数字100是指允许的最大调整值； o"UqI  
)*s.AFu]7x  
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 25YJH1x  
GhpH7%s  
GO                          ！BTOL输入文件的最后输入，并执行程序 
Mw+]*  
STORE 4                ！透镜结果储存在透镜库的位置4 i 3?zYaT  
运行BTOL宏之后，公差稍微宽松一点，如下图： Q*KEODR8\  
yiI&>J))  
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。 Wb*d`hzQ}  
4H1s"mP<  
,"}'NH@  
M%B]f2C  
jRq>Sz{8  
RHB>svT^K>  
l<qxr.X  
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： |dXS+R1  
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 XPX{c|]>.  
PASSES 20           ！对第一阶段(PHASE 1)优化的迭代次数 D;:lw]  
FAORDER 5 3 1  ！透镜制造序列，按难度排序，最复杂的透镜放首位 LW,!
B.`@  
x28Bz*O  
PHASE 1              ！第一阶段，优化透镜参数 ?f&*mp  
PANT {OQ sGyR?  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 6 _;0:wXib=  
VLIST TH 2 4 6 "w_(p|cm=  
END &G'R{s&"  
I#9K/

[  
AANT s'5 jvlG  
GSO 0 1 5 M 0 2poU\
|H  
GNO 0 1 5 M 1   NGb`f-:jw  
END ;N4mR6  
SNAP (r7~ccy4  
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 4I2ppz   
qP]Gl--q{  
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 r5F#q  
PANT 6%fU}si,  
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 E7j]"\~i  
VY 3 XDC 2 100 -100   ！改变表面3的X方向偏心 r2H]n.MT  
VY 5 YDC 2 100 -100 /j.V0%  
VY 5 XDC 2 100 -100 s[N
jk@y,  
VY 6 TH                        ！改变表面6的厚度 =I*"vwc?  
END )|2g#hH5  
AANT beO*|  
GNO 0 1 4 M 0 0 0 F H,zRmK6A%  
GNO 0 1 4 M 1 0 0 F   ;i,yT ?so  
END k deJB-  
SNAP a*vi&$@`Z1  
SYNO 30 !f"@pR6  
*jDzh;H!w  
PHASE 3 ！第三阶段；当遇到第三阶段的输入，程序循环整个过程 6IeHZ)jGj  
\t  )Zk2  
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。 t'7)aJMP  
80 p7+W2m  
MbjH\XRB  
再次在CW中输入MC PLOT，得到MC直方图： GndF!#?N(  
LVO`+:  
G9^!= v@  
Z wIsEJz  
WEWNFTI  

很好的文章

谢谢楼主分享！！

资料非常不错，必须点赞！