[原创]SYNOPSYS代码详解-消色差透镜设计及公差分析 [复制链接]

;Q=GJ5`B  
E0eQ9BXh  
首先，消色差透镜的初始结构设计代码如下： u'i%~(:$\)  
RLE                                                     ！读取镜头文件 96pk[5lj{?  
ID F10 APO                                        ！镜头标识 [z%?MIT  
WAVL 0.65 0.55 0.45                         ！定义三个波长，按照长波到短波顺序排列 pp]_/46nN  
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。 wD],{y  
UNITS INCH                                      ！透镜单位为英寸 f{Fe+iPc  
0 AIR                                                                        ！物面处于空气中 r1oku0o  
1 RAD -300.4494760791975   TH      0.58187611  ！表面1的半径，厚度 g&+Y{*Gp  
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 dA1 C)gLi  
1 GTB S    'N-SK4 '                                                  ！表面1玻璃类型为N-SK4 ;DD>k bd  
2 RAD     -7.4819193194388   TH      0.31629961 AIR   ！表面2在空气中的半径，厚度 n2d8;B#  
2 AIR                                                                                 ！表面2处于空气中 bugFl>  
3 RAD     -6.8555018049530   TH      0.26355283           ！表面3的半径，厚度 qX{X4b$  
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 
TcD[Teu  
3 GTB S    'N-KZFS4'                                                     ！表面3玻璃类型为N-KZFS4 1V
f78n  
4 RAD      5.5272935517214   TH      0.04305983 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 oWDSK^  
4 AIR                                                                                  ！表面4处于空气中 )ojx_3j8  
5 RAD      5.6098999521052   TH      0.53300999   ！表面5的半径，厚度 J4G> E.8  
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 DVl[t8K!  
5 GTB S    'N-BAF10'                                               ！表面5玻璃类型为N-BAF10 3X$Q,  
6 RAD    -27.9819596092866  TH     39.24611007 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 qA/#IUi)1  
6 AIR                                                                                  ！表面6处于空气中 >H}jR[H'  
6 CV      -0.03573731                                                         ！表面6的曲率 :YqQlr\
 
6 TH     39.24611007      ！表面6的厚度 Er"R;l]xJ  
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 /z1p/RiX  
7 RAD    -11.2104527948015   TH      0.00000000 AIR  ！表面7（像面）的半径，厚度 lC=N:=Mu  
END                                                                                  ！以END结束 \ I^nx+l  
[O7w =  
>X[|c"l.  
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： 3+(yI 4  
T+;H#&  
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： Yz=h"Zr  
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。 X<~k =qwA  
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’。 WVS$O99Y  
得到玻璃的色散图如下： VyecTU"W  
现在，我们查看表面1的玻璃材料的性能。具体操作：单击数字1的绿色圆圈，然后单击‘Properties’按钮。最后表面1的玻璃材料N-SK4的性能如下： @sw9A93A  
图中显示，N-SK4的酸度(Acid)等级为5，湿度等级(Humidity)为3;此玻璃暴露在空气中的性能不稳定。因此，需要更换一种玻璃材料。 HKTeqH_:  
如何选取更换材料？首先我们单击'Graph'按钮，选择‘Acid Sensitivity ’,点击‘OK’，得到下图，图中玻璃位置处的红色垂线表示酸敏感度，垂线越长，玻璃越不耐用。 -RG8<bI,  
Z}8k[*.  
/!=U+X  
从图中，我们发现N-BAK2根本没有线，可以选取其作为更换材料。 M=5d95*-}  
[)#u<lZ<~  
于是，单击N-BAK2符号，名称出现在右侧窗口时，在‘Surface’中填写‘1’，然后点击'Apply',这样就为表面1分配了玻璃类型N-BAK2。 tYs8)\{  
q
DnCn H  
另外，N-BAK2的特性如下，其酸碱度等级为1，湿度等级为2，而且价格也比N-SK4低： n1QEu"~Zj  
J| SwQE~  
现在PAD图中的透镜像差非常差，这是因为表面1更换玻璃N-BAK2后，还未进行优化，如图2所示： t=n+3`g  
{Q5KV%F_  
Dv<wge`  
图2更换玻璃N-BAK2后的消色差透镜 =X%!YZk p  
接下来，运行下面代码对透镜进行优化，代码如下： fy&#M3UA\U  
PANT                                            ！参数输入 i@P9EU  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7                ！改变表面1、表面2、表面3、表面4、表面5以及表面7的半径 )]%e  
VLIST TH 2 4                               ！改变表面2和表面4的厚度 ,~
(|p`  
END                                              ！以END结束 tT;8r8@  
h&lyxYZ+T$  
AANT                                           ！像差输入 oW0gU?Rr)u  
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 Q_ctX
|.  
ACC                                              ！自动控制玻璃元件的中心厚度，防止中心厚度太厚 P}HC(S1  
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； m</]D WJ  
GNO 0 .2 3 M .75 0  ！校正0.75视场光线网格OPD像差 !*&4< _  
GNO 0 .1 3 M 1.0 0  ！校正全视场光线网格OPD像差 >s&XX, w  
END                          ！以END结束 di7A/B  
JXH",""bq  
SNAP                        ！设置PAD更新频率，每迭代一次PAD更新一次 -Q6(+(7_|  
SYNO 30                  ！迭代次数30次 (tepmcf  
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'。 vR7ctav  
6\NvG,8  
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： "tqnx?pM  
CHG                    ！改变镜头 ~?gzq~~t  
NOP                     ！移除所有在透镜上的拾取和求解 E W`W~h[  
END                     ！以END结束 *oCxof9JA  
PLOT DELF FOR WAVL = .45 TO .65  ！绘制离焦在波长0.45um~0.65um范围内的变化 a$d:_,\"  
lbRzx4=\y  
Gb;99mE  
离焦随波长变化的数据分析，分析表明在设计波长范围内的离焦大约为0.0026英寸。 tl|ijR  
^w.]Hd2  
透镜具有完美的艾里斑，通过图像工具(MIT)计算，并且为透镜分配了十个波长，在中心产生良好的白色，并具体相干效果。如下图。 W!t{rI72  
ax
X{6  
现在，我们计算消色差透镜的公差。首先移除表面6上的曲率求解。代码如下： ]DO&x+Rb  
CHG 69>/@<   
6 NCOP          ！移除表面6的曲率求解 PSPTL3_~  
END 'xIyG
De  
zX98c  
然后，在CW命令窗口输入MSB，进行BTOL设置，如图： GWhE8EDT  
F% `zs\  
其中，数字2-设置统计可信水平为2个sigma，则在一大批透镜中应有99.53%透镜的像质等于或优于要求。 p!_[qs  
在CW中看到预期的结果如下图。图中表明轴上像质将会有0.05的变动。 W RF.[R"  
Lbcy:E*g  
预测的公差如图所示。由图可知，透镜1和透镜2之间的空气间隔公差为0.00157英寸。透镜2和透镜3之间的空气间隔公差为0.000426英寸。 1w
`2Dt  
透镜2的V-number的公差为0.05359。同时该透镜保持0.00024的共轴性。 =~&VdPZ  
H9U.lb  
oe9lF*$/  
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？ !}_b|  
在CW中输入THIRD SENS： z`4c 4h]I  
{?Od{d9  
=_l)gx+Y+y  
lCR!:~  
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。 8] `Ru5nd  
1c$vLo832  
优化宏代码如下： 5MR,UgT  
PANT M
%I@<~wl  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7 b?8)7.{F{  
VLIST TH 2 4 +y/55VLq  
END z8E1m"  
AANT <`)iA-Df;9  
AEC `rlk|&T1  
ACC -U>y  
M 4 1 A SAT                      ！SAT的目标值为4，权重为1； -}P7$|O&  
GSO 0 1 5 M 0 0   V^TbP.  
GNO 0 .2 4 M .75 0   Or8kp/d  
GNO 0 .1 4 M 1.0 0   RbEKP(uw  
END ygzxCn|#  
SNAP py @( <  
SYNO 30 r{_>ldjq  
%Ds+GM-  
5!(?m~jJ  
优化后的透镜结果，如图4所示： Wpr ,jN8b  
d$G}iJ8$mp  
H;Ku w  
Y%@hbUc}x9  
~E)fpGJ  
现在的THIRD SENS为： }gv8au<  
?IF)+]  
Ch19h8M  
Ji?#.r`"n  
新BTOL宏代码如下： rzUlO5?R=  
CHG 0 ipN8Pg+  
NOP [%pRfjM  
END ,6{iT,~@8  
F9a
^ED0l\  
BTOL 2                      ！设置置信区间 Dd,2;#_  
*2e!M^K<  
EXACT INDEX 1 3 5    ！表面1，表面3和表面5的折射率是精确的 ~TqT}:,H  
EXACT VNO 1 3 5        ！表面1，表面3和表面5的V-number是精确的 A6!F@Ic[  
]PR#W_&q  
TPR ALL                  ！  假定所有表面与光学样板匹配                                                             jQ+sn/ROp  
TOL WAVE 0.1        ！最大波前变化值为0.1 %\Wf^6Y^  
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 Zsx3/}  
                                             数字100是指允许的最大调整值； G^;>8r  
y >+mc7n  
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 [0y$! f4  
2VoKr)  
GO                          ！BTOL输入文件的最后输入，并执行程序 M{mSd2  
STORE 4                ！透镜结果储存在透镜库的位置4 (Un_!)  
运行BTOL宏之后，公差稍微宽松一点，如下图： m@Rtlb  
Hy_;nN+e  
接着，运行MC程序来检查透镜情况。在CW中输入：SYNOPSYS AI> MC 50 4 QUIET -1 ALL 5;此命令将会测试一批储存在透镜库4中的50片透镜，按照上述预计公差来制作透镜，然后监控比较这一批透镜的统计数据，将最坏的透镜情况保存在透镜库位置5。 ;j%BK(5  
=1.9/hW  
j Ux z  
. (}1%22  
2%u;$pj  
)]htm&q5  
hA1-){aw3q  
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$;Vs]@i  
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 {{yZ@>o6  
PASSES 20           ！对第一阶段(PHASE 1)优化的迭代次数 6#@ f'~s  
FAORDER 5 3 1  ！透镜制造序列，按难度排序，最复杂的透镜放首位 0#*Lw }qi  
$O)3q $|  
PHASE 1              ！第一阶段，优化透镜参数 ,yd=e}lQx  
PANT tjT>VwqH  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 6 tmUFT  
VLIST TH 2 4 6 2lVHZ\G  
END YXo|~p;=Y  
v<Kmq-b  
AANT C3NdE_E  
GSO 0 1 5 M 0 CQh,~  
GNO 0 1 5 M 1   NMOut@  
END 5L,}e<S$  
SNAP ]X Z-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 U.!lTLjfLz  
-Go 7"j  
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 #~O b)q|  
PANT \p{5D`HY  
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 ma'FRt  
VY 3 XDC 2 100 -100   ！改变表面3的X方向偏心 )Gw~XtB2  
VY 5 YDC 2 100 -100 E.|-?xQ6  
VY 5 XDC 2 100 -100 UFAL1c<V  
VY 6 TH                        ！改变表面6的厚度 \;u@"  
END ,Uhb  
AANT _j?e~w&0b  
GNO 0 1 4 M 0 0 0 F a2Pf/D]n  
GNO 0 1 4 M 1 0 0 F   A+J*e  
END UhA"nt0  
SNAP VA*
y|Q6  
SYNO 30 ,<BbpIQ2o  
2_vbT!_  
PHASE 3 ！第三阶段；当遇到第三阶段的输入，程序循环整个过程 LJk%#yV|_  
^V$Ajt  
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。 Tm_B^W}  
+6wiOHB`  
J:&[59  
再次在CW中输入MC PLOT，得到MC直方图： EnOU?D  
iu&wO<)+?  
9z)5Mdf1j  
*HEuorl  
b&1`NO  

很好的文章

谢谢楼主分享！！

资料非常不错，必须点赞！