[原创]SYNOPSYS代码详解-消色差透镜设计及公差分析 [复制链接]

@fVz *  
5Go@1X]I  
首先，消色差透镜的初始结构设计代码如下： Nlc3S+$`z  
RLE                                                     ！读取镜头文件 P{2ED1T\  
ID F10 APO                                        ！镜头标识 w5Ucj*A\  
WAVL 0.65 0.55 0.45                         ！定义三个波长，按照长波到短波顺序排列 biQ~q$E  
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。 {K/xI  
UNITS INCH                                      ！透镜单位为英寸 O=!EqaExW  
0 AIR                                                                        ！物面处于空气中 iy_3#x5>  
1 RAD -300.4494760791975   TH      0.58187611  ！表面1的半径，厚度 uBM%E OE  
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 su8()]|0x  
1 GTB S    'N-SK4 '                                                  ！表面1玻璃类型为N-SK4 1x+w|h  
2 RAD     -7.4819193194388   TH      0.31629961 AIR   ！表面2在空气中的半径，厚度 '^2bC  
2 AIR                                                                                 ！表面2处于空气中 {;JFoe+  
3 RAD     -6.8555018049530   TH      0.26355283           ！表面3的半径，厚度 _XI,z0(  
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 /KO2y0`  
3 GTB S    'N-KZFS4'                                                     ！表面3玻璃类型为N-KZFS4 S^i<_?nwg  
4 RAD      5.5272935517214   TH      0.04305983 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 {qSYe!`  
4 AIR                                                                                  ！表面4处于空气中 H3ob 8+J  
5 RAD      5.6098999521052   TH      0.53300999   ！表面5的半径，厚度 ET6}V"UD  
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 2)q$HUIX  
5 GTB S    'N-BAF10'                                               ！表面5玻璃类型为N-BAF10 i^}DIx{  
6 RAD    -27.9819596092866  TH     39.24611007 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 0{Zwg0&  
6 AIR                                                                                  ！表面6处于空气中 s=#[>^?  
6 CV      -0.03573731                                                         ！表面6的曲率 86Xf6Ea  
6 TH     39.24611007      ！表面6的厚度 uH)v\Js  
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 N&Uqzt*  
7 RAD    -11.2104527948015   TH      0.00000000 AIR  ！表面7（像面）的半径，厚度 dW|S\
S'&  
END                                                                                  ！以END结束 >-CNHb  
h~&5;  
C7 9~@%T  
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： "j}fcrlG9  
0INlo  
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： >~G _'~_f  
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。 {w9GMqq  
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’。 YJ01-  
得到玻璃的色散图如下： gBXbB9  
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： /JP%gD"8  
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。 0 |Rmb  
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。 cbX<  
L'x[wM0w;  
g; ZVoD  
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。 XZpF<7l  
9Jf.Ls  
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。 }& e#b]&:*  
53?B.\  
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： PZCOJK
 
um mkAeWb  
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： ! d" i  
,Je9]XT  
EY.Z.gMZI(  
图2更换玻璃N-BAK2后的消色差透镜 ?C|b>wM/  
接下来，运行下面代码对透镜进行优化，代码如下： +"SYG  
PANT                                            ！参数输入 vsCy?  
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 3*[YM7y  
VLIST TH 2 4                               ！改变表面2和表面4的厚度 <a$'tw-8  
END                                              ！以END结束  *4{GID  
P}$DCD<$U  
AANT                                           ！像差输入 t3FfPV!P"  
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 A>Oi9%OY:  
ACC                                              ！自动控制玻璃元件的中心厚度，防止中心厚度太厚 oxgh;v*  
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； CB%O8d #  
GNO 0 .2 3 M .75 0  ！校正0.75视场光线网格OPD像差 /-&a]PJ  
GNO 0 .1 3 M 1.0 0  ！校正全视场光线网格OPD像差 ^-pHhh|g  
END                          ！以END结束 + |d[q?  
W{*w<a_`  
SNAP                        ！设置PAD更新频率，每迭代一次PAD更新一次 $+Vp
>  
SYNO 30                  ！迭代次数30次 ugMfpT)  
优化后的消色差镜头结构，如图3所示。由图可知，此透镜的校正的光程差优于1/4波长。并保存镜头文件，命名为'C12L2.RLE'。 Q.])En >i  
Qo \;)  
接着，我们查看离焦在新设计中随波长的变化，如下图。运行以下代码： d"hW45L  
CHG                    ！改变镜头 m}>#s3KPA  
NOP                     ！移除所有在透镜上的拾取和求解 r4FGz!U  
END                     ！以END结束 H+2m  
PLOT DELF FOR WAVL = .45 TO .65  ！绘制离焦在波长0.45um~0.65um范围内的变化 58.b@@T  
Nh/B8:035  
I^yInrRh5  
离焦随波长变化的数据分析，分析表明在设计波长范围内的离焦大约为0.0026英寸。 IA?v[xu  
S2EeC&-AR  
透镜具有完美的艾里斑，通过图像工具(MIT)计算，并且为透镜分配了十个波长，在中心产生良好的白色，并具体相干效果。如下图。 x5)YZ~5  
]&RC<imq  
现在，我们计算消色差透镜的公差。首先移除表面6上的曲率求解。代码如下： 1me16 5y<B  
CHG mtg3}etA  
6 NCOP          ！移除表面6的曲率求解 o+T%n1$+V  
END gls %<A{C  
Iw-3Z'hOX  
然后，在CW命令窗口输入MSB，进行BTOL设置，如图： ZpTT9{PT=:  
C N
t  
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。 ,"Nfo`7  
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。 exQU  
1'>wrGr  
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。 b )mU9   
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。  W.t`  
y&$v@]t1  
8KrqJN0\  
现在呢，公差太小，没有办法按照预估公差来制造透镜。所以怎样将公差放大呢？ S;]][h=  
在CW中输入THIRD SENS： G
h#$[5&`  
7`IoQvX  
Ps!~miN|>  
P7`sJ("#  
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。 %qf ?_2v  
b _#r_`  
优化宏代码如下： &6
mXsx$  
PANT bF X0UE>  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7 bzt(;>_8  
VLIST TH 2 4 Z_qOQ%l  
END W~e/3#R\=  
AANT OcWzo#q4[  
AEC 7P$>T  
ACC Ckc4U. t|  
M 4 1 A SAT                      ！SAT的目标值为4，权重为1； =6N%;2`84  
GSO 0 1 5 M 0 0   HMymoh$Q  
GNO 0 .2 4 M .75 0   Fs,#d%4@%  
GNO 0 .1 4 M 1.0 0   p#eai  
END Anu`F%OzB  
SNAP +jPs0?}s  
SYNO 30 3RyB 0 n  
R!8qkG  
)Kw Gb&l&  
优化后的透镜结果，如图4所示： A=S_5y  
nr t3wqJ
  
 KDODUohC  
*$eMM*4  
O-D${==  
现在的THIRD SENS为： !b0ANIp  
D|`I"N[<  
"`jey)&H*M  
S?k G|y  
新BTOL宏代码如下： r#xq 8H=_m  
CHG
<FfdOK_  
NOP l6wN&JHTh  
END n\ yDMY  
)_\ZUem  
BTOL 2                      ！设置置信区间 Hmi]qK[F  
fi6i{(K  
EXACT INDEX 1 3 5    ！表面1，表面3和表面5的折射率是精确的 5A~lu4-q  
EXACT VNO 1 3 5        ！表面1，表面3和表面5的V-number是精确的 cR0OJ'w  
l,pI~A`w_  
TPR ALL                  ！  假定所有表面与光学样板匹配                                                             ]N\J~Gm  
TOL WAVE 0.1        ！最大波前变化值为0.1 )S;pYVVAl  
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 ah(lH5r  
                                             数字100是指允许的最大调整值； !X5~!b^*  
G{ 9p.Q  
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 tTzPT<  
!BocF<UE  
GO                          ！BTOL输入文件的最后输入，并执行程序 ,o3{?o]s  
STORE 4                ！透镜结果储存在透镜库的位置4 9 ^G.]W]  
运行BTOL宏之后，公差稍微宽松一点，如下图： ?%RN? O(  
*C(/2  
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。 $i^#KZ}-WK  
"5+x6/9b  
/
i${[1  
Z+qTMm  
d1"%sI  
S8{Sb>  
xTy[X"sJ  
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： ^"g # !  
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 =Qa*-*  
PASSES 20           ！对第一阶段(PHASE 1)优化的迭代次数 X~`<ik{q  
FAORDER 5 3 1  ！透镜制造序列，按难度排序，最复杂的透镜放首位 VOj{&O2c  
m3cO{ 1I  
PHASE 1              ！第一阶段，优化透镜参数 Y0f"}A1  
PANT Ax9a5;5WM  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 6 zj?^,\{A  
VLIST TH 2 4 6 ubpVrvu@  
END I(cy<ey+e  
o IUjd  
AANT 5L'bF2SI  
GSO 0 1 5 M 0 ]Tb ?k+a  
GNO 0 1 5 M 1   Vz"Ja  
END %(
c5T
)B9  
SNAP Kn WjP21  
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 zSpL^:~  
vbDSNm#Yv  
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 _x.<Zc\x  
PANT j"8f,er  
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 {Q&@vbw'  
VY 3 XDC 2 100 -100   ！改变表面3的X方向偏心 qMk"i@"  
VY 5 YDC 2 100 -100 m_ |:tU(t  
VY 5 XDC 2 100 -100 dKOW5\H'  
VY 6 TH                        ！改变表面6的厚度 .3{PgrZ  
END v-V#?+#  
AANT 63J_u-o  
GNO 0 1 4 M 0 0 0 F 5eZ8$-&([  
GNO 0 1 4 M 1 0 0 F   E5#Dn.!~  
END Z#+{ksU  
SNAP S690Y]:h$v  
SYNO 30 O3?3XB> <  
Zd~l_V f  
PHASE 3 ！第三阶段；当遇到第三阶段的输入，程序循环整个过程 w $\p\}~,  
bVB_KE  
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。 zfAkWSY  
i.|zKjF'  
]6`]+&  
再次在CW中输入MC PLOT，得到MC直方图： G lz0`z  
@_gCGI>Q  
h83;
}>  
'8auj  
y+ZRh?2  

很好的文章

谢谢楼主分享！！

资料非常不错，必须点赞！