[原创]SYNOPSYS代码详解-消色差透镜设计及公差分析 [复制链接]

,+gtr.  
'c3'eJ0  
首先，消色差透镜的初始结构设计代码如下： Tf('iZ2+  
RLE                                                     ！读取镜头文件 xT!<x({  
ID F10 APO                                        ！镜头标识 kr-5O0tmf  
WAVL 0.65 0.55 0.45                         ！定义三个波长，按照长波到短波顺序排列 Ep3I*bQ Y  
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。 A,3qjd,$ c  
UNITS INCH                                      ！透镜单位为英寸 E5Sn mxd  
0 AIR                                                                        ！物面处于空气中 1pjx8*!B  
1 RAD -300.4494760791975   TH      0.58187611  ！表面1的半径，厚度 js%n]$N  
1 N1 1.60978880 N2 1.61494395 N3 1.62386887  ！玻璃类型为N-SK4的三个波长折射率被精确指定 )mjGHq2  
1 GTB S    'N-SK4 '                                                  ！表面1玻璃类型为N-SK4 [\&2&  
2 RAD     -7.4819193194388   TH      0.31629961 AIR   ！表面2在空气中的半径，厚度  {@k , e  
2 AIR                                                                                 ！表面2处于空气中 @ 'U`a4  
3 RAD     -6.8555018049530   TH      0.26355283           ！表面3的半径，厚度 =T1Xfib  
3 N1 1.60953772 N2 1.61628830 N3 1.62823445         ！玻璃类型为N-KZFS4的三个波长折射率被精确指出 q4,/RZhzh  
3 GTB S    'N-KZFS4'                                                     ！表面3玻璃类型为N-KZFS4 WuTkYiF  
4 RAD      5.5272935517214   TH      0.04305983 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 DgB;6Wl  
4 AIR                                                                                  ！表面4处于空气中 G#A6<e/  
5 RAD      5.6098999521052   TH      0.53300999   ！表面5的半径，厚度 VmRfnH"  
5 N1 1.66610392 N2 1.67304720 N3 1.68543133   ！玻璃类型为N-BAF10的三个波长折射率被精确指出 Z$zX%w  
5 GTB S    'N-BAF10'                                               ！表面5玻璃类型为N-BAF10 r`<x@,  
6 RAD    -27.9819596092866  TH     39.24611007 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 0f_A"K  
6 AIR                                                                                  ！表面6处于空气中 xC}'"``s  
6 CV      -0.03573731                                                         ！表面6的曲率 U}
w@,6  
6 TH     39.24611007      ！表面6的厚度 <`wOy[e  
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 <qEBF`XP=  
7 RAD    -11.2104527948015   TH      0.00000000 AIR  ！表面7（像面）的半径，厚度 ,Z}ST|$u  
END                                                                                  ！以END结束 0Gu?;]GSv  
"bQi+@  
*kcc]*6@s  
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： y,w_x,m  
$RUK<JN$6  
点击PAD图中的图标 ，打开玻璃表，已经选中玻璃库Schott，这是我们先前指定的玻璃库，点击OK，得到显示Nd和Vd的玻璃图，如下图： }>V
=J aG  
绿色圆圈旁边的数字表示目前三片式透镜表面1、表面3、表面5，即被定义了玻璃类型的表面。 -)R =p"-w  
而我们关心的是色散特性。所以需单击‘Graph’按钮，然后单击‘Plot P(F,e)vs.Ve’，再点击‘OK’。 15yiDI o  
得到玻璃的色散图如下： 'yV*eG?^&  
现在，我们查看表面1的玻璃材料的性能。具体操作：单击数字1的绿色圆圈，然后单击‘Properties’按钮。最后表面1的玻璃材料N-SK4的性能如下： ~$hR:I1  
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。 uh\Tf5  
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。 23 #JmR  
&xGpbJG  
t)rPXvx}!  
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。 Cpy&2o-%v  
4:pgZz!  
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。 7AWq3i{  
rS8\Vf]F  
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： 62y
:i  
6a_U[-a9;  
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： MUGoW;}v)  
}[h]z7e2S  
G6G-qqXy6  
图2更换玻璃N-BAK2后的消色差透镜 (:?bQA'Td  
接下来，运行下面代码对透镜进行优化，代码如下： +{C)^!zBK  
PANT                                            ！参数输入 %[M0TE=J  
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 0CK
  
VLIST TH 2 4                               ！改变表面2和表面4的厚度 # ,eC&X45  
END                                              ！以END结束 {2q0Ko<  
aw~h03R_Z  
AANT                                           ！像差输入 ^S?f"''y3  
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 /e*fsQ>M:  
ACC                                              ！自动控制玻璃元件的中心厚度，防止中心厚度太厚 kqxq'Aq)d  
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； iA[o;D#  
GNO 0 .2 3 M .75 0  ！校正0.75视场光线网格OPD像差 67Qu<9}<-  
GNO 0 .1 3 M 1.0 0  ！校正全视场光线网格OPD像差 |]k,0Y3v  
END                          ！以END结束 xXa4t4gR  
,^Q~w b!{  
SNAP                        ！设置PAD更新频率，每迭代一次PAD更新一次 " a,4E{7  
SYNO 30                  ！迭代次数30次 1~3dX[&  
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'。 >VQLC&u(  
"@/pQoLy  
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： =&qH%S
6  
CHG                    ！改变镜头 YRr,{[e  
NOP                     ！移除所有在透镜上的拾取和求解 $xq04ejJ  
END                     ！以END结束 d_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 UK1)U)*+  
.:B>xg~2  
ZGsd cnz  
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。 V2M4g  
_nEVmz!zg  
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。 }Nwp{["}]L  
@TX@78fWz=  
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： 3dLqlJ^7B  
CHG /h.{g0Xc  
6 NCOP          ！移除表面6的曲率求解 A'b$X1h  
END '5[(QM5Gi&  
Dj'?12Onu=  
然后，在CW命令窗口输入MSB，进行BTOL设置，如图： &}7R\co3  
A#19&}  
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。 Az8ZA~Op=  
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。 R){O]<+  
GEh(pJ  
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。 v1X[/\;U  
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。 "J2q|@.  
!6RDq`  

?eX/vqk  
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？ `BG>%#  
在CW中输入THIRD SENS： K%mR=u#%&  
g<M!]0OK  
6o\uv  
]4c+{  
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。 r<!nU&FPD:  
'VCuMCV  
优化宏代码如下： Q1x&Zm1v  
PANT 9X;*GC;d  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7 C~@m6K  
VLIST TH 2 4 ,*d8T7T  
END L3xN#W;m7  
AANT YW/V}C'>  
AEC RtHai[j  
ACC Hv^Bw{"/R  
M 4 1 A SAT                      ！SAT的目标值为4，权重为1； 2gZp O9  
GSO 0 1 5 M 0 0   QSa#}vCp*  
GNO 0 .2 4 M .75 0   Rk#'^}  
GNO 0 .1 4 M 1.0 0   Y:,C_^$w;  
END GWPBP-)0  
SNAP c!7WRHJE_a  
SYNO 30 1 Ga3[g  
}8aqSD<:  
zb!1o0, J  
优化后的透镜结果，如图4所示： _0'X!1"  
un-%p#  
`NgQ>KV!  
3.BUWMD  
js <Up/1  
现在的THIRD SENS为： -k8sR1(  
iO?^y(phC  
W4
d32+V  
n9={D  
新BTOL宏代码如下： *9kg\#  
CHG ov,s]g83  
NOP #\m.3!Hcr  
END 2672oFD  
ki@C}T5  
BTOL 2                      ！设置置信区间 ui#nN  
>L4F'#I  
EXACT INDEX 1 3 5    ！表面1，表面3和表面5的折射率是精确的 ,;w~ VZ4  
EXACT VNO 1 3 5        ！表面1，表面3和表面5的V-number是精确的 g*YA~J@  
59l9_yFJ  
TPR ALL                  ！  假定所有表面与光学样板匹配                                                             7R:Ij[dV  
TOL WAVE 0.1        ！最大波前变化值为0.1 X5J)1rL  
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 o(Z~J}l({  
                                             数字100是指允许的最大调整值； L{F]uz_
[x  
*.>@  
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 Tt~[hC h  
>\? z,Nin  
GO                          ！BTOL输入文件的最后输入，并执行程序 T{+a48,;  
STORE 4                ！透镜结果储存在透镜库的位置4 MT>(d*0s  
运行BTOL宏之后，公差稍微宽松一点，如下图： v(.mM9>  
}O@
>:?U  
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。 4uoZw3O  
q%kCTw  
vJ'22)n
 
'{ =F/q  
%pjeA[-m#  
qF bj~ec  
` wEX;  
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： 1K@ieVc  
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 e7xv~C>g  
PASSES 20           ！对第一阶段(PHASE 1)优化的迭代次数 p )JR5z  
FAORDER 5 3 1  ！透镜制造序列，按难度排序，最复杂的透镜放首位 !% W5@tN  
^ei[1#  
PHASE 1              ！第一阶段，优化透镜参数 PsNrCe%e  
PANT A8mc+ Bf(  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 6 +0%r@hTv&>  
VLIST TH 2 4 6 RA<ky*^dr  
END >uYQt~s  
y-.{){uaD  
AANT :B5*?x  
GSO 0 1 5 M 0 nrev!h  
GNO 0 1 5 M 1   ~Oq _lM  
END xP_%d,  
SNAP (,o@/ -o  
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 D )`(b  

3)W_^6>bM  
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 rM= :{   
PANT dYD;Z<l  
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 %(&ja_oO  
VY 3 XDC 2 100 -100   ！改变表面3的X方向偏心 F%p DF\  
VY 5 YDC 2 100 -100 Gf#l ^yr  
VY 5 XDC 2 100 -100 &':C"_|&r  
VY 6 TH                        ！改变表面6的厚度 Zx{Sxv"  
END ]3,9."^  
AANT Vv(buG  
GNO 0 1 4 M 0 0 0 F >i  
GNO 0 1 4 M 1 0 0 F   deYv&=SPl  
END 1-^D2B[-  
SNAP +jF|8  
SYNO 30 _PPC?k{z!  
{"~[F2qR  
PHASE 3 ！第三阶段；当遇到第三阶段的输入，程序循环整个过程 z6J12tu  
iP9]b&  
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。 q j21#q .  
~),%w*L  
?,riwDI 2  
再次在CW中输入MC PLOT，得到MC直方图： yc]_?S>9  
%fS1gSfh  
eSObOG/  
vA:ZR=)F  
8wd["hga<%  

很好的文章

谢谢楼主分享！！

资料非常不错，必须点赞！