[原创]SYNOPSYS代码详解-消色差透镜设计及公差分析 [复制链接]

j.uN`cU!  
eQx9Vn
b  
首先，消色差透镜的初始结构设计代码如下： A5!jrSyv  
RLE                                                     ！读取镜头文件 P1vr}J  
ID F10 APO                                        ！镜头标识 bEV 9l  
WAVL 0.65 0.55 0.45                         ！定义三个波长，按照长波到短波顺序排列 2"~!Pu^.j  
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。 ;/N[tO?Q  
UNITS INCH                                      ！透镜单位为英寸 C.C)&&|X  
0 AIR                                                                        ！物面处于空气中 `FHHh  
1 RAD -300.4494760791975   TH      0.58187611  ！表面1的半径，厚度 MxuwEV|^  
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 ({yuwH?tH
 
1 GTB S    'N-SK4 '                                                  ！表面1玻璃类型为N-SK4 r[vMiVb  
2 RAD     -7.4819193194388   TH      0.31629961 AIR   ！表面2在空气中的半径，厚度 0L$v7
, 5  
2 AIR                                                                                 ！表面2处于空气中 KM g`O3_16  
3 RAD     -6.8555018049530   TH      0.26355283           ！表面3的半径，厚度 )pjd*+V  
3 N1 1.60953772 N2 1.61628830 N3 1.62823445         ！玻璃类型为N-KZFS4的三个波长折射率被精确指出 E8T4Nh_  
3 GTB S    'N-KZFS4'                                                     ！表面3玻璃类型为N-KZFS4 d;|e7$F'  
4 RAD      5.5272935517214   TH      0.04305983 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 ZwAX
+0  
4 AIR                                                                                  ！表面4处于空气中 &0K;Vr~D  
5 RAD      5.6098999521052   TH      0.53300999   ！表面5的半径，厚度 6`]R)i]  
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 df nmUE  
5 GTB S    'N-BAF10'                                               ！表面5玻璃类型为N-BAF10 LG [2u  
6 RAD    -27.9819596092866  TH     39.24611007 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 Cfyas'  
6 AIR                                                                                  ！表面6处于空气中 |VB}Kv  
6 CV      -0.03573731                                                         ！表面6的曲率 *DLv$/(0  
6 TH     39.24611007      ！表面6的厚度 -g]/Ko]2@$  
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 V2ypmkn8&  
7 RAD    -11.2104527948015   TH      0.00000000 AIR  ！表面7（像面）的半径，厚度 >MUwT$szs  
END                                                                                  ！以END结束 `. /[/z-g  
[@"H2#CQ  
'd]9u9u  
运行上述代码后，点击图标 打开PAD二维图，得到消色差透镜的初始结构，如图1所示： |b;}' *  
Tg&{P{$  
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： 2}'qu)  
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。 n4 KiC!*i0  
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’。 Bg-C:Ok2'  
得到玻璃的色散图如下： k)'hNk"x  
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： K)]7e?:Wu  
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。 X8ev uN  
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。 U_ V0  
N;F1Z-9  
kN`[Q$B  
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。 C(3yJ
zg>y  
r%xp^j}  
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。 uwj/]#`  
G`R Ed-Z[  
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： a)(j68c
 
5w gtc~  
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： ]"dZE2!  
022YuqL<v  
t+qLQY}=  
图2更换玻璃N-BAK2后的消色差透镜 ""^9WLH4g-  
接下来，运行下面代码对透镜进行优化，代码如下： Vt5%A}.VQ  
PANT                                            ！参数输入 hAOXOj1  
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 Gc~A,_(  
VLIST TH 2 4                               ！改变表面2和表面4的厚度 Ar'}#6  
END                                              ！以END结束 ,4NvD2Y  
HLN rI0  
AANT                                           ！像差输入 "l
tvD\  
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 enF.}fo]  
ACC                                              ！自动控制玻璃元件的中心厚度，防止中心厚度太厚 L(PJ9wjkD  
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； Q[i;IbY  
GNO 0 .2 3 M .75 0  ！校正0.75视场光线网格OPD像差 .!U `,)I  
GNO 0 .1 3 M 1.0 0  ！校正全视场光线网格OPD像差 &m5WmEz>`  
END                          ！以END结束 NRcg~Nu  
!__f  
SNAP                        ！设置PAD更新频率，每迭代一次PAD更新一次 !.+iA=K{  
SYNO 30                  ！迭代次数30次 `tVBV:4\  
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'。 K^J;iu4  
)P[B!  
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： ]gIXG`  
CHG                    ！改变镜头 s$C;31k  
NOP                     ！移除所有在透镜上的拾取和求解 S"|D!}@-  
END                     ！以END结束 bC$n+G>6k  
PLOT DELF FOR WAVL = .45 TO .65  ！绘制离焦在波长0.45um~0.65um范围内的变化 (8GJLs 8  
IQGIU3O  
jS5e"LMIq  
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。 <9"s&G@  
Y;e@`.(  
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。 _L_SNjA_  
YCh!D dy  
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： $ ohwBv3S  
CHG =WyAOgy}  
6 NCOP          ！移除表面6的曲率求解 +P~z
n=  
END eY\tO"Hc  
j+_g37$:  
然后，在CW命令窗口输入MSB，进行BTOL设置，如图： 2YuaPq/  
6du
"^g  
其中，数字2-设置统计可信水平为2个sigma，则在一大批透镜中应有99.53%透镜的像质等于或优于要求。 y|.wL=;  
在CW中看到预期的结果如下图。图中表明轴上像质将会有0.05的变动。 Vn];vN  
ClaYy58v  
预测的公差如图所示。由图可知，透镜1和透镜2之间的空气间隔公差为0.00157英寸。透镜2和透镜3之间的空气间隔公差为0.000426英寸。 E4}MvV=  
透镜2的V-number的公差为0.05359。同时该透镜保持0.00024的共轴性。 &|9mM=^  
QdUl-(  
*:BNLM  
现在呢，公差太小，没有办法按照预估公差来制造透镜。所以怎样将公差放大呢？ )lB-D;3[_  
在CW中输入THIRD SENS： @a%,0Wn  
%04>R'mN  
I #1_  
TCmWn$LeE  
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。 nqgfAQsE)  
U!3nn#!yE  
优化宏代码如下： &Radpb2p6  
PANT MMhd-B1O&  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7 BAX])~_  
VLIST TH 2 4 8'^eH1d'  
END (C6Y*Zm\  
AANT u>k;PUH4  
AEC %m+ZrH(  
ACC S_ nTp)  
M 4 1 A SAT                      ！SAT的目标值为4，权重为1； <u->hT  
GSO 0 1 5 M 0 0   3AWB Y.  
GNO 0 .2 4 M .75 0   uKpl+>  
GNO 0 .1 4 M 1.0 0   kZUuRB~om  
END G?3S_3J2  
SNAP G|3OB:  
SYNO 30 %6Hn1'7+v  
~{2@-qcm  
[USXNe/  
优化后的透镜结果，如图4所示：
r)+dK}xl  
V X211U.Q  
5wGyM10  
yQou8
P=%  
dr'6N1B@  
现在的THIRD SENS为： ;pAkdX&b  
B-@f.NO/s  
`e`4
[I  
pKr3(5~  
新BTOL宏代码如下： I62Yg p$K  
CHG Qf=%%5+?8  
NOP ZJR{c5TE  
END Yd/qcC(&  
T,WWQm  
BTOL 2                      ！设置置信区间 t{?_]2vl  
RL)'m  
EXACT INDEX 1 3 5    ！表面1，表面3和表面5的折射率是精确的 K''b)v X4  
EXACT VNO 1 3 5        ！表面1，表面3和表面5的V-number是精确的 >!bYuV
HA  
M~"]h:m&'v  
TPR ALL                  ！  假定所有表面与光学样板匹配                                                             {K[+nX=#  
TOL WAVE 0.1        ！最大波前变化值为0.1 YRC`2)_'  
ADJUST 6 TH 100 100  ！调整表面6的厚度，第一个数字100是指一组移动的表面数目；第二个 XZKOBq B]  
                                             数字100是指允许的最大调整值； 3`, m=1[)  
SxOM@A  
PREPARE MC         ！自动准备一个调整文件，以便后续的MC运行需使用该文件来检查统计信息 ZO}V}3  
YI\^hP#  
GO                          ！BTOL输入文件的最后输入，并执行程序 EEkO[J[=  
STORE 4                ！透镜结果储存在透镜库的位置4 x;b'y4kH  
运行BTOL宏之后，公差稍微宽松一点，如下图： ?d_<S0j-)  
4pc=MR  
接着，运行MC程序来检查透镜情况。在CW中输入：SYNOPSYS AI> MC 50 4 QUIET -1 ALL 5;此命令将会测试一批储存在透镜库4中的50片透镜，按照上述预计公差来制作透镜，然后监控比较这一批透镜的统计数据，将最坏的透镜情况保存在透镜库位置5。 >fb*X'Zi%  
L G=Q  
vW]BOzK  
%mI`mpf  
q=[0`--cd  
Ge97e/CY  
aZBaIl6I  
于是，对保存在透镜库4的透镜进行制造调整。使用FAMC指令(FAMC是制造调整MC)分析统计数据。代码如下： [2&Fnmjk}X  
FAMC 50 4 QUIET -1 ALL 5  ！测试透镜库4中的50片透镜，按照预计公差来制作透镜，然后监控对比所有透镜质量，将最坏透镜结果保存在透镜库5 .6/[X`*  
PASSES 20           ！对第一阶段(PHASE 1)优化的迭代次数 pl7!O9bo  
FAORDER 5 3 1  ！透镜制造序列，按难度排序，最复杂的透镜放首位 7L]fCw p[  
DtZkrj)D/  
PHASE 1              ！第一阶段，优化透镜参数 TF{ xFb)  
PANT d[O.UzQ  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 6 Zu+Z7@$}/  
VLIST TH 2 4 6 @Z|cUHo  
END qbT].,?!U  
"` 9W"A=  
AANT RrRCT.+E  
GSO 0 1 5 M 0 <X;y 4lPZ  
GNO 0 1 5 M 1   M)|}Vn;!  
END ap=M$9L'  
SNAP szKs9er&  
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 yWX:`*GV  
Llg[YBJ7>  
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 y#T":jpR  
PANT KH[%HN5v  
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
C\fc 4  
VY 3 XDC 2 100 -100   ！改变表面3的X方向偏心 `qr[0wM  
VY 5 YDC 2 100 -100 YE0s5bB6  
VY 5 XDC 2 100 -100 6BMRl%3>Z  
VY 6 TH                        ！改变表面6的厚度 -4V1
s;QUZ  
END *.Kc-f4mP  
AANT -M(:z  
GNO 0 1 4 M 0 0 0 F h#`qEK&u  
GNO 0 1 4 M 1 0 0 F   f PDn
kr  
END rb,&i1  
SNAP .Mm8\].  
SYNO 30 &&t4G}*  
0iHK1Pt}  
PHASE 3 ！第三阶段；当遇到第三阶段的输入，程序循环整个过程 O'j;"l~H|  
NShA-G N5  
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。 VxsW3*`  
1_yUv7uhX  
$XaZqzeVI  
再次在CW中输入MC PLOT，得到MC直方图： T}fo:aB}  
.|_+>){$w  
*^QfTKN  
E8)C_[QJ`  
YSeXCJ:Iy  

很好的文章

谢谢楼主分享！！

资料非常不错，必须点赞！