[原创]SYNOPSYS代码详解-消色差透镜设计及公差分析 [复制链接]

8.WZC1N  
'f_[(o+n  
首先，消色差透镜的初始结构设计代码如下： IoKN.#;^  
RLE                                                     ！读取镜头文件 I
eN~E'~  
ID F10 APO                                        ！镜头标识 ]iezwz`'  
WAVL 0.65 0.55 0.45                         ！定义三个波长，按照长波到短波顺序排列 F<0GX!p4u  
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@:}t>  
UNITS INCH                                      ！透镜单位为英寸 %LjhK,'h  
0 AIR                                                                        ！物面处于空气中 qxbGUyH==  
1 RAD -300.4494760791975   TH      0.58187611  ！表面1的半径，厚度 +wIv|zj9  
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 1c4@qQyo  
1 GTB S    'N-SK4 '                                                  ！表面1玻璃类型为N-SK4 '5etZ!
:  
2 RAD     -7.4819193194388   TH      0.31629961 AIR   ！表面2在空气中的半径，厚度 b=PB"-  
2 AIR                                                                                 ！表面2处于空气中 01w}8a(  
3 RAD     -6.8555018049530   TH      0.26355283           ！表面3的半径，厚度 =wquFA!c  
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 9f #6Q*/  
3 GTB S    'N-KZFS4'                                                     ！表面3玻璃类型为N-KZFS4 H:
 rrY  
4 RAD      5.5272935517214   TH      0.04305983 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 $+WMKv@<  
4 AIR                                                                                  ！表面4处于空气中 0zc~!r~  
5 RAD      5.6098999521052   TH      0.53300999   ！表面5的半径，厚度 $N/"c$50,  
5 N1 1.66610392 N2 1.67304720 N3 1.68543133   ！玻璃类型为N-BAF10的三个波长折射率被精确指出 )(V!& w6  
5 GTB S    'N-BAF10'                                               ！表面5玻璃类型为N-BAF10 ,Pj UlcO_  
6 RAD    -27.9819596092866  TH     39.24611007 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 _Gtq]`y  
6 AIR                                                                                  ！表面6处于空气中 {?uG] G7  
6 CV      -0.03573731                                                         ！表面6的曲率 ItxC}qT  
6 TH     39.24611007      ！表面6的厚度 \Xpq=2`  
6 YMT 0.0000000          ！YMT求解在表面7上指定的轴向边缘光线高度为0时所对应的厚度 uRnSwJ"hE  
7 RAD    -11.2104527948015   TH      0.00000000 AIR  ！表面7（像面）的半径，厚度 IA~wmOF  
END                                                                                  ！以END结束 }@TtX\7(D  
gJY
X  
B&Iy_;  
运行上述代码后，点击图标 打开PAD二维图，得到消色差透镜的初始结构，如图1所示： 9jf2b  
/SKgN{tWe  
点击PAD图中的图标 ，打开玻璃表，已经选中玻璃库Schott，这是我们先前指定的玻璃库，点击OK，得到显示Nd和Vd的玻璃图，如下图： !Ct'H1J-  
绿色圆圈旁边的数字表示目前三片式透镜表面1、表面3、表面5，即被定义了玻璃类型的表面。 Evt&N)l!^  
而我们关心的是色散特性。所以需单击‘Graph’按钮，然后单击‘Plot P(F,e)vs.Ve’，再点击‘OK’。 QLD
ld[  
得到玻璃的色散图如下： L4!T  
现在，我们查看表面1的玻璃材料的性能。具体操作：单击数字1的绿色圆圈，然后单击‘Properties’按钮。最后表面1的玻璃材料N-SK4的性能如下： js F96X{  
图中显示，N-SK4的酸度(Acid)等级为5，湿度等级(Humidity)为3;此玻璃暴露在空气中的性能不稳定。因此，需要更换一种玻璃材料。 V1 O]L66  
如何选取更换材料？首先我们单击'Graph'按钮，选择‘Acid Sensitivity ’,点击‘OK’，得到下图，图中玻璃位置处的红色垂线表示酸敏感度，垂线越长，玻璃越不耐用。 -+Gd<U$  
xB|?}uS-  
q-D|96>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。 M?.[Rr-uw  
9
#)&  
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。 }gtkO&  
R}0xWPt9G  
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： q%hxU.h  
xa?   
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： cwBf((~  
pa2cM%48  
|P`:NAf2  
图2更换玻璃N-BAK2后的消色差透镜 B`/p

[U5  
接下来，运行下面代码对透镜进行优化，代码如下： >*e,+ok  
PANT                                            ！参数输入 a9niXy}a(  
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 ST25RJC  
VLIST TH 2 4                               ！改变表面2和表面4的厚度 =plU3D2  
END                                              ！以END结束 tY0C& u2  
R^=[D#*]>  
AANT                                           ！像差输入 "Oq>i9v;|$  
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 cRS2v--\-  
ACC                                              ！自动控制玻璃元件的中心厚度，防止中心厚度太厚 qIg^R@  
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； [fl^1!3{  
GNO 0 .2 3 M .75 0  ！校正0.75视场光线网格OPD像差 9xM7X?  
GNO 0 .1 3 M 1.0 0  ！校正全视场光线网格OPD像差 D9-D%R,
 
END                          ！以END结束 qcR"i+b  
~[3B<^e  
SNAP                        ！设置PAD更新频率，每迭代一次PAD更新一次 bqSp4TI  
SYNO 30                  ！迭代次数30次 ?)mM]2%%  
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'。 ,-.
a! a  
pipqXe  
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： <L>$Y#wU  
CHG                    ！改变镜头 KQ2jeJ/pj  
NOP                     ！移除所有在透镜上的拾取和求解 qJq2Z.>hy  
END                     ！以END结束 ht5eb"c+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 * vW#XDx  
%eQw\o,a  
|}2X|4&X  
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。 AD4Ot5  
~|.vz!A  
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。 :y8wv|m  
%\QK/`krp  
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： C">w3#M%  
CHG 3lT>C'qq  
6 NCOP          ！移除表面6的曲率求解 HL34pmc  
END t%Hy#z1W_  
oRQJ YH  
然后，在CW命令窗口输入MSB，进行BTOL设置，如图： @WfX{
485  
fsH=2p  
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。 D0H
LU ~o  
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。 d/!R;,^  
Yk!TQY4  
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。 T~JE.Y3B3  
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。 M qG`P  
v\3}5v%YI  
">hOD'PG  
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？ XLxr@1   
在CW中输入THIRD SENS： `/\Z{j0_  
bL"!z"NA  
y8|?J\eRy  
568qdD`PS  
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。 RJO40&Z<Z  
]v,>!~8r  
优化宏代码如下： i1k#WgvZR  
PANT q#!]5
 
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7  Re^~8q[  
VLIST TH 2 4 \.,qAc\[  
END d]<S/D'i  
AANT l\%LT{$e  
AEC %?WR9}KU0  
ACC $bd2TVNV:  
M 4 1 A SAT                      ！SAT的目标值为4，权重为1； JLFZy\  
GSO 0 1 5 M 0 0   ]31UA>/TI  
GNO 0 .2 4 M .75 0   @Wb_Sz4`  
GNO 0 .1 4 M 1.0 0   L}x,>hbT  
END 1
Zj NRg=  
SNAP k;W`6:Kjp  
SYNO 30 S#wy+*  
QFYO_$1Y)  
*%,{<C,Y  
优化后的透镜结果，如图4所示： eK=<a<tx  
"x P2GZ  
1{pU:/_W  
P/
hV{@x  
d?Y|w
3lB  
现在的THIRD SENS为： SV}C]<  
U81--'@y  
7\xGMCctM  
zIE{U  
新BTOL宏代码如下： J jp)%c#_  
CHG Hz6tk9;w  
NOP E)}& p\{E  
END -xk.wWpV  
01^+HEbm  
BTOL 2                      ！设置置信区间 /suW{8A(E  
 5gZ6H/.  
EXACT INDEX 1 3 5    ！表面1，表面3和表面5的折射率是精确的 VvSe`E*  
EXACT VNO 1 3 5        ！表面1，表面3和表面5的V-number是精确的 U:1cbD7|3  
*~>}*  
TPR ALL                  ！  假定所有表面与光学样板匹配                                                             _>k&M7OU4  
TOL WAVE 0.1        ！最大波前变化值为0.1 k~,({T<  
ADJUST 6 TH 100 100  ！调整表面6的厚度，第一个数字100是指一组移动的表面数目；第二个 7u|X .X  
                                             数字100是指允许的最大调整值； >ukn
<  
O7of9F~"  
PREPARE MC         ！自动准备一个调整文件，以便后续的MC运行需使用该文件来检查统计信息 >&g^ `  
m2|%AD  
GO                          ！BTOL输入文件的最后输入，并执行程序 ]QbT%0  
STORE 4                ！透镜结果储存在透镜库的位置4 k/;%{@G)  
运行BTOL宏之后，公差稍微宽松一点，如下图： Vw>AD<Rl  
tzn+ M0'  
接着，运行MC程序来检查透镜情况。在CW中输入：SYNOPSYS AI> MC 50 4 QUIET -1 ALL 5;此命令将会测试一批储存在透镜库4中的50片透镜，按照上述预计公差来制作透镜，然后监控比较这一批透镜的统计数据，将最坏的透镜情况保存在透镜库位置5。 `EJ.L6j$'  
(O@fgBM  
%/:0x:ns  
3<%ci&B  
>=+:lD  
;ifPqLkO  
5z
~O3QX  
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： B}U:c]  
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 ZCC T  
PASSES 20           ！对第一阶段(PHASE 1)优化的迭代次数 49?wEm#  
FAORDER 5 3 1  ！透镜制造序列，按难度排序，最复杂的透镜放首位 `:>N.9'o  
=Sp+$:q*  
PHASE 1              ！第一阶段，优化透镜参数 9m+ejTK{U  
PANT `$oy4lDKQ  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 6 q4y sTm  
VLIST TH 2 4 6 n)t
'?7  
END o0}kRL  
GnFm*L  
AANT 3"O&IY<  
GSO 0 1 5 M 0 LuE0Hb"S8  
GNO 0 1 5 M 1   E3"j7y[S  
END UrRYK-g  
SNAP RE%25t|  
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 9pMXjsE
  
pt_]&3\e  
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 /:.p{y  
PANT 8quH#IhB  
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 bHK[Z5  
VY 3 XDC 2 100 -100   ！改变表面3的X方向偏心 =_=0l+\}  
VY 5 YDC 2 100 -100 o5;|14O  
VY 5 XDC 2 100 -100 %u!)1oOIz  
VY 6 TH                        ！改变表面6的厚度 @=NTr  
END \f-@L;8#  
AANT 7I=vgT1F  
GNO 0 1 4 M 0 0 0 F ^9zlxs`<d  
GNO 0 1 4 M 1 0 0 F   8I]rC<O6:  
END L}UrI&]V$:  
SNAP yW]>v>l:Eg  
SYNO 30 8O| w(z  
dthtWnB@  
PHASE 3 ！第三阶段；当遇到第三阶段的输入，程序循环整个过程 ecMpU8}rR  
fJK;[*&Y  
运行代码之后，得到带有制造调整的MC的最差透镜情况，如图6所示。 -,qGEJ  
Txa 2`2t
7  
|<2<`3  
再次在CW中输入MC PLOT，得到MC直方图： Xk?Y  
?Ll1B3f  
IO{iQ-Mg  
Fgw$;W  
 ,8)aK
y  

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