[原创]SYNOPSYS代码详解-消色差透镜设计及公差分析 [复制链接]

Q6URaw#Yt`  
J9tV|
0  
首先，消色差透镜的初始结构设计代码如下： ^fO9oPM|  
RLE                                                     ！读取镜头文件 JBq6Qg  
ID F10 APO                                        ！镜头标识 -&1P2m/46  
WAVL 0.65 0.55 0.45                         ！定义三个波长，按照长波到短波顺序排列 i9qIaG/  
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。 l?_Fy_fBt  
UNITS INCH                                      ！透镜单位为英寸 tj*0Y-F~  
0 AIR                                                                        ！物面处于空气中 gzvgXZ1q"  
1 RAD -300.4494760791975   TH      0.58187611  ！表面1的半径，厚度 [OOQ0c~  
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 4Ng:7C2  
1 GTB S    'N-SK4 '                                                  ！表面1玻璃类型为N-SK4 >0iCQKq  
2 RAD     -7.4819193194388   TH      0.31629961 AIR   ！表面2在空气中的半径，厚度 <VstnJo`Z  
2 AIR                                                                                 ！表面2处于空气中 Nc[N 11?O  
3 RAD     -6.8555018049530   TH      0.26355283           ！表面3的半径，厚度 LDU4 D  
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 =vF!  
3 GTB S    'N-KZFS4'                                                     ！表面3玻璃类型为N-KZFS4 TUwX4X6m  
4 RAD      5.5272935517214   TH      0.04305983 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 BUsxgs"),  
4 AIR                                                                                  ！表面4处于空气中 Q;z!]hjBM  
5 RAD      5.6098999521052   TH      0.53300999   ！表面5的半径，厚度 ci2Z_JA+  
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 M,kO7g  
5 GTB S    'N-BAF10'                                               ！表面5玻璃类型为N-BAF10 8BZ&-j{  
6 RAD    -27.9819596092866  TH     39.24611007 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 3Ur_?PM+C  
6 AIR                                                                                  ！表面6处于空气中 *]R5bj.!o  
6 CV      -0.03573731                                                         ！表面6的曲率 Fkpaou  
6 TH     39.24611007      ！表面6的厚度 w8$> 2  
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 ! N!pvK;  
7 RAD    -11.2104527948015   TH      0.00000000 AIR  ！表面7（像面）的半径，厚度 .)bNi*&  
END                                                                                  ！以END结束 Qa:[iF  
='+I dn#5  
FVL{KNW~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： w?8\9\ ;?  
Sa@'?ApH  
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： +rSU  
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。 :HrFbq  
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’。 \k"CtzoX  
得到玻璃的色散图如下： +%klS `_  
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： tq'ri-c&b  
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。 BAvz @H  
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。 PrfG  
}f}?|&q  
uH'?Ikx"  
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。  CDuA2e  
}hg2}g99  
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。 %-K5sIz  
^"=G=* /  
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： (jyufHm  
<Ist^h+o  
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： jC}HNiM78  
d2gYBqag  
='qVwM['  
图2更换玻璃N-BAK2后的消色差透镜 I 2OQ
  
接下来，运行下面代码对透镜进行优化，代码如下： dy5}Jn%L  
PANT                                            ！参数输入 $$o(  
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 ~QPTs1Vk8  
VLIST TH 2 4                               ！改变表面2和表面4的厚度 ;Sg.E8  
END                                              ！以END结束 x6!Q''f7  
BaIuOZ@,  
AANT                                           ！像差输入 LA2/<:  
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 #l: 1R&F  
ACC                                              ！自动控制玻璃元件的中心厚度，防止中心厚度太厚 8>x'. 8  
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； &)||~  
GNO 0 .2 3 M .75 0  ！校正0.75视场光线网格OPD像差 ohe[rV>EX  
GNO 0 .1 3 M 1.0 0  ！校正全视场光线网格OPD像差 NR8`nc1~  
END                          ！以END结束 6~W@$SP,F  
!plu;w  
SNAP                        ！设置PAD更新频率，每迭代一次PAD更新一次 I''n1v?N  
SYNO 30                  ！迭代次数30次 <pHm=q/U  
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'。 eu_ZsseZ  
M1#CB  
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： @0t[7Nv-1  
CHG                    ！改变镜头 .
%.7~Nu,  
NOP                     ！移除所有在透镜上的拾取和求解 +0Q 
+0:  
END                     ！以END结束 lic-68T  
PLOT DELF FOR WAVL = .45 TO .65  ！绘制离焦在波长0.45um~0.65um范围内的变化 VX8CEO  
GU@#\3  
fvi0gE@bd  
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。 ~UO}PI`C  
i+~BVb  
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。 [v*q%Mi_  
Mb\(52`)Q  
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： xypgG;`\  
CHG \**j\m   
6 NCOP          ！移除表面6的曲率求解 } -;)G~h/"  
END eQ8t.~5;-  
S`FIb'J  
然后，在CW命令窗口输入MSB，进行BTOL设置，如图： SN L-6]j  
vo*oCfm  
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。 to&,d`k=-  
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。 mR XRuK  
6G"UXNa,  
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。 $HQ4o\~  
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。 JJbd h \  
|#Lz0<c;  

Gbclu.4  
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？ ;l @lA)i  
在CW中输入THIRD SENS： ,3f>-mP  
=QtFJ9\  
?H@<8Ra=3  
j_<!y(W  
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。 L;j++^p  
Lkx~>U   
优化宏代码如下： +>!nqp  
PANT C<(oaeQY  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7 \({'Xo >(  
VLIST TH 2 4 3Xd:LDZ{  
END sw$uZ$$~#  
AANT @/^mFqr2  
AEC z5M6  
ACC O]@#53)Tz  
M 4 1 A SAT                      ！SAT的目标值为4，权重为1； ][?J8F  
GSO 0 1 5 M 0 0   &b5(Su  
GNO 0 .2 4 M .75 0   -XV+F@`Md  
GNO 0 .1 4 M 1.0 0   id5`YA$  
END =|I
lORf<  
SNAP *.|%uf.  
SYNO 30 AzXLlQ  
kV?fie<\)  
*w*>\ZhOm  
优化后的透镜结果，如图4所示： F/>\uzu  
\DZ.#=d  
R3|4|JlGR  
ycc G>%>r  
^ `Ozw^~  
现在的THIRD SENS为： ^&1O:G*"  
j+ -r(lZ  
3lpxh_  
`
}=R  
新BTOL宏代码如下： 2m yxwA5  
CHG 4^2>KC_  
NOP vZTXvdF  
END ~,1Sw7rE  
b6f OHy  
BTOL 2                      ！设置置信区间 Hh=fv~X  
UiH7  
EXACT INDEX 1 3 5    ！表面1，表面3和表面5的折射率是精确的 E;C{i  
EXACT VNO 1 3 5        ！表面1，表面3和表面5的V-number是精确的 %wOkp`1-  
b1 w@toc  
TPR ALL                  ！  假定所有表面与光学样板匹配                                                             TQ4L~8  
TOL WAVE 0.1        ！最大波前变化值为0.1 ]Rxo}A  
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 /^nIOAeE  
                                             数字100是指允许的最大调整值； A2M( ad  
.4WJk>g  
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 lRg?||1ik  
9c)#j&2?H  
GO                          ！BTOL输入文件的最后输入，并执行程序 (wZ!OLY%}  
STORE 4                ！透镜结果储存在透镜库的位置4 A[;deHg=  
运行BTOL宏之后，公差稍微宽松一点，如下图： <.4(#Ebd  
l|gi2~ %Y  
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。 zQY ,}a  
oxc;DfJ_  
?cRF;!o"  
&F~d~;G"q  
<6 Rec^QF  
sS}:Od  
wX]$xZ!s  
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： Ju47}t%HB  
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 \Yr*x7!  
PASSES 20           ！对第一阶段(PHASE 1)优化的迭代次数 aH_c84DS  
FAORDER 5 3 1  ！透镜制造序列，按难度排序，最复杂的透镜放首位 T@yQOD7  
4DCh+|r  
PHASE 1              ！第一阶段，优化透镜参数 /)
_4QSz7  
PANT Gr2}N"X=  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 6 C][hH?.  
VLIST TH 2 4 6 C+s/KA%  
END F
:ycV~bE  
>EJ{ *  
AANT T/P\j0hR  
GSO 0 1 5 M 0 ?tjEXg>ny  
GNO 0 1 5 M 1   H;nzo3x  
END E72N=7v"  
SNAP h76j|1gI  
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 \T_ZcV  
w
ea  
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 -6- sI  
PANT u9S*2'  
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 ; D
<k  
VY 3 XDC 2 100 -100   ！改变表面3的X方向偏心 2v ~8fr4
  
VY 5 YDC 2 100 -100 3?FY?Q[  
VY 5 XDC 2 100 -100 }}TPu8Rl  
VY 6 TH                        ！改变表面6的厚度 ^R@)CIQ  
END 2PSExK57  
AANT GCN-T1HvA2  
GNO 0 1 4 M 0 0 0 F 49*f=gpGj2  
GNO 0 1 4 M 1 0 0 F   1iz =i^}  
END M{24MF   
SNAP D|ze0A@  
SYNO 30 5\
quh2Q_  
Hu<]*(lK%  
PHASE 3 ！第三阶段；当遇到第三阶段的输入，程序循环整个过程 -"nkC  
nzaDO-2!  
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。 *x2!N$b  
a8T9=KY^  
&qXobJRM  
再次在CW中输入MC PLOT，得到MC直方图： wGLMLbj5  
8wkhbD|;  
'Jf LTG.  

_@B?  
G;cC!
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很好的文章

谢谢楼主分享！！

资料非常不错，必须点赞！