[原创]SYNOPSYS代码详解-消色差透镜设计及公差分析 [复制链接]

CEp @-R  
00@y,V_]  
首先，消色差透镜的初始结构设计代码如下： X7& ^"|:  
RLE                                                     ！读取镜头文件 { Sn J  
ID F10 APO                                        ！镜头标识 VcR(9~  
WAVL 0.65 0.55 0.45                         ！定义三个波长，按照长波到短波顺序排列 ;yg9{"O  
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。 Po8
2nKAh  
UNITS INCH                                      ！透镜单位为英寸 `1"Xj ^ YM  
0 AIR                                                                        ！物面处于空气中 Zw"K69A)  
1 RAD -300.4494760791975   TH      0.58187611  ！表面1的半径，厚度 *>p#/'_E  
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 z8hAZ?r1`  
1 GTB S    'N-SK4 '                                                  ！表面1玻璃类型为N-SK4 eLAhfG  
2 RAD     -7.4819193194388   TH      0.31629961 AIR   ！表面2在空气中的半径，厚度 :i:M7}r  
2 AIR                                                                                 ！表面2处于空气中 j /=4f�  
3 RAD     -6.8555018049530   TH      0.26355283           ！表面3的半径，厚度 ^{Y9!R*9U*  
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 *^P$^lm?S  
3 GTB S    'N-KZFS4'                                                     ！表面3玻璃类型为N-KZFS4 2s:$4]K D  
4 RAD      5.5272935517214   TH      0.04305983 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 5A=FEg  
4 AIR                                                                                  ！表面4处于空气中 Qcr-|?5L  
5 RAD      5.6098999521052   TH      0.53300999   ！表面5的半径，厚度 S?Z"){  
5 N1 1.66610392 N2 1.67304720 N3 1.68543133   ！玻璃类型为N-BAF10的三个波长折射率被精确指出 )s4a<Sc]  
5 GTB S    'N-BAF10'                                               ！表面5玻璃类型为N-BAF10 VCUEz
R0  
6 RAD    -27.9819596092866  TH     39.24611007 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 \4|o5,+(@  
6 AIR                                                                                  ！表面6处于空气中 j-j,0!T~b  
6 CV      -0.03573731                                                         ！表面6的曲率 eC41PQ3=1'  
6 TH     39.24611007      ！表面6的厚度 )$e_CJ}9e  
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 IF$*6 ,v.z  
7 RAD    -11.2104527948015   TH      0.00000000 AIR  ！表面7（像面）的半径，厚度 !o&b:7  
END                                                                                  ！以END结束 OAXF=V F#  
E<XrXxS1O  
/xcl0oe
(  
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： :=K <2
 
11>K\"K}  
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： N/&t)7  
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。 G(1y_t  
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’。 THbV],RhJ  
得到玻璃的色散图如下： ]#VNZ#("  
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： }\Mmp+<  
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。 <ny)yK  
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+h  
Tp?l;DU  
lP:ll])p2  
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。 12,,gwh  
z;VabOr^  
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。 Wa|l
WIMK  
CAl]Kpc  
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： z_LN*u  
nmZJ%n  
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： qOk=:1`3  
7pY7iR_  
+/E yX=  
图2更换玻璃N-BAK2后的消色差透镜 KLn.v
A.  
接下来，运行下面代码对透镜进行优化，代码如下： xiW;Y{kZ  
PANT                                            ！参数输入 aA-gl9  
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 `:I<Jp  
VLIST TH 2 4                               ！改变表面2和表面4的厚度 ZOK,P
 
END                                              ！以END结束  \tWFz(  
?$#,h30  
AANT                                           ！像差输入 QP{V  
AEC                                              ！自动控制玻璃元件和空气间隙的边缘羽化，防止边缘厚度太薄 GDW$R`2  
ACC                                              ！自动控制玻璃元件的中心厚度，防止中心厚度太厚 /=bg(?nX  
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； C<.Ny,U  
GNO 0 .2 3 M .75 0  ！校正0.75视场光线网格OPD像差 yfd$T}WW6  
GNO 0 .1 3 M 1.0 0  ！校正全视场光线网格OPD像差 0Th
X1)SH  
END                          ！以END结束 Dr!g$,9  
D^5bzZk N  
SNAP                        ！设置PAD更新频率，每迭代一次PAD更新一次 m%bw$hr  
SYNO 30                  ！迭代次数30次 Iw<: k  
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'。 uzx?U3.\  
};:+0k/  
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： A
Ge\PCn-  
CHG                    ！改变镜头 ;m+*R/  
NOP                     ！移除所有在透镜上的拾取和求解 RnX:T)+o  
END                     ！以END结束 l?N|Gj;ZFZ  
PLOT DELF FOR WAVL = .45 TO .65  ！绘制离焦在波长0.45um~0.65um范围内的变化 w<ol$2&B  
\MA4>  
$dp;$X3  
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。 n!r<\4I  
SeC[,  
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。 $#k8xb  
XPhC*r  
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： m;S!E-W  
CHG h}k/okG  
6 NCOP          ！移除表面6的曲率求解 o-))R| ~z  
END LtxeT.  
$X9`~Sv _  
然后，在CW命令窗口输入MSB，进行BTOL设置，如图： Wy[U
a#
Dd  
8<Y*@1*j  
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。 6,707h  
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。 6i6m*=h  
0.9%m7.m  
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。 _7h:NLd  
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。 @MS}tZ5  
_%xe:X+ M  
9\_^"5l  
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？ g/o@,
_  
在CW中输入THIRD SENS： ZB)`*z>*  
YTc X4cC  
<}@*i  
4pin\ZS:C  
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。 [IF5Iv\b  

,:I:F  
优化宏代码如下： ^ucmScl  
PANT o_.f7|U!  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7 \i*QKV<  
VLIST TH 2 4 1%v!8$  
END WRa4g  
AANT }=dUASL  
AEC +[JvpDv%  
ACC C#^V<:9  
M 4 1 A SAT                      ！SAT的目标值为4，权重为1； N-0kB vo  
GSO 0 1 5 M 0 0   Y]xFe>  
GNO 0 .2 4 M .75 0  
xppl6v(  
GNO 0 .1 4 M 1.0 0   (R.l{(A  
END U?bQBHIC  
SNAP kqebU!0-  
SYNO 30 -x~4@~  
eucacXiZ  
[t
KH'}/s=  
优化后的透镜结果，如图4所示： k10g %K4g  
88@" +2  
\jkMnS6FvL  
&V`~ z e  
BHNcE*U}@?  
现在的THIRD SENS为： x1@`\r#0  
gMGX)Y ,=/  
Oc Gg'R7  
W>+/N4  
新BTOL宏代码如下：
$?HOke  
CHG LU-,B?1  
NOP DOsQVdH  
END K&Sz8# +  
A~@
u#]]<n  
BTOL 2                      ！设置置信区间 U#qs^f7R  
'%W`:K'  
EXACT INDEX 1 3 5    ！表面1，表面3和表面5的折射率是精确的 W Ai91K@  
EXACT VNO 1 3 5        ！表面1，表面3和表面5的V-number是精确的 L[D<e?j  
;R_H8vp  
TPR ALL                  ！  假定所有表面与光学样板匹配                                                             1edeV48{:  
TOL WAVE 0.1        ！最大波前变化值为0.1 !kTI@103Wd  
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 R_vF$X'Ow  
                                             数字100是指允许的最大调整值； TtWE:xE  
+ a
,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 m,Fug1+N  
<>Nq]WqA  
GO                          ！BTOL输入文件的最后输入，并执行程序 pV^(8!+  
STORE 4                ！透镜结果储存在透镜库的位置4 Rv/=bY  
运行BTOL宏之后，公差稍微宽松一点，如下图： ;8~tt
I  
7)i6L'r  
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。 R7 WGc[  
Ft[)m#Dj`  
_Nx#)(
x  
gG,"wzj  
z6Xn9  
&gr)U3w  

xoYaL  
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： Ec/-f`8  
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 aANzL  
PASSES 20           ！对第一阶段(PHASE 1)优化的迭代次数 <5xlP:Cx  
FAORDER 5 3 1  ！透镜制造序列，按难度排序，最复杂的透镜放首位 O0~Qh0~l  
7`G FtX}  
PHASE 1              ！第一阶段，优化透镜参数 |4_[wX r  
PANT `J26Y"]P  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 6 \Wn0,%x2  
VLIST TH 2 4 6 TwT@_
~IM  
END ar%!h~  
}vXf}2C  
AANT H!
81Pq~  
GSO 0 1 5 M 0 n a3st*3V_  
GNO 0 1 5 M 1   2Sha&Z*CE  
END FRR`<do5$,  
SNAP K]Rb~+a<  
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 s6YnNJ,SK  
X%lk] &2  
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 's>./Pf  
PANT 5/f"dX  
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 <0M2qt8  
VY 3 XDC 2 100 -100   ！改变表面3的X方向偏心 "c2{n,  
VY 5 YDC 2 100 -100 m+LP5S  
VY 5 XDC 2 100 -100 8ED}!;ZU  
VY 6 TH                        ！改变表面6的厚度 p4sU:  
END )C^@U&h&  
AANT Z<4Du  
GNO 0 1 4 M 0 0 0 F Vgg'5o&.  
GNO 0 1 4 M 1 0 0 F   W02t6
DW  
END -h`[w:  
SNAP O,Sqh$6U  
SYNO 30 Frd`u.I  
8IQqDEY^  
PHASE 3 ！第三阶段；当遇到第三阶段的输入，程序循环整个过程 q Xj]O3 mm  
'X(Sn3  
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。 4^uwZ:  
1m\ihU  
+j!$88%Z{  
再次在CW中输入MC PLOT，得到MC直方图： ` &{  
}Lc8
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8v12<ktR`  
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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！