[原创]SYNOPSYS代码详解-消色差透镜设计及公差分析 [复制链接]

38Wv&
!  
7J>n;8{%?  
首先，消色差透镜的初始结构设计代码如下： }GGFJ"  
RLE                                                     ！读取镜头文件 dAAE2}e  
ID F10 APO                                        ！镜头标识 /ebYk-c  
WAVL 0.65 0.55 0.45                         ！定义三个波长，按照长波到短波顺序排列 AV&W&$  
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。 vhhsOga  
UNITS INCH                                      ！透镜单位为英寸 YO-O-NEP  
0 AIR                                                                        ！物面处于空气中 ~@sx}u  
1 RAD -300.4494760791975   TH      0.58187611  ！表面1的半径，厚度 `7N[rs9|S  
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 O'idS`  
1 GTB S    'N-SK4 '                                                  ！表面1玻璃类型为N-SK4 Y%wF;I1x  
2 RAD     -7.4819193194388   TH      0.31629961 AIR   ！表面2在空气中的半径，厚度 .[O*bk  
2 AIR                                                                                 ！表面2处于空气中 }"xC1<]  
3 RAD     -6.8555018049530   TH      0.26355283           ！表面3的半径，厚度 \>I&UFfH)4  
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 'MG)noN5  
3 GTB S    'N-KZFS4'                                                     ！表面3玻璃类型为N-KZFS4 \:"s*-  
4 RAD      5.5272935517214   TH      0.04305983 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 b(~NqV!i  
4 AIR                                                                                  ！表面4处于空气中 0c:CA>F  
5 RAD      5.6098999521052   TH      0.53300999   ！表面5的半径，厚度 %AW  
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 bLNQ%=FjO  
5 GTB S    'N-BAF10'                                               ！表面5玻璃类型为N-BAF10 g7d)YUc  
6 RAD    -27.9819596092866  TH     39.24611007 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 /- kMzL  
6 AIR                                                                                  ！表面6处于空气中 6o,,w^  
6 CV      -0.03573731                                                         ！表面6的曲率 -M[5K/[  
6 TH     39.24611007      ！表面6的厚度 eKLxNw5  
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 M}@^8  
7 RAD    -11.2104527948015   TH      0.00000000 AIR  ！表面7（像面）的半径，厚度 tnKzg21%  
END                                                                                  ！以END结束 C(?lp  
yil{RfBEr_  
Jnv91*>h8  
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： d~[>%&  
q:nYUW o  
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： E[_Z%zd^  
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。 9`c :sop  
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’。 `CHgTkv  
得到玻璃的色散图如下： nre8 F  
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： KE(kR>OB]  
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。 uYO?Rb&}  
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。 a2YdkdjT  
78NAcP~6c  
GU"MuW`u2  
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。 v8wN2[fC  
j[Et+V?  
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。 eH1Y!&`  
Vxk0oIk`  
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： My5X%)T>P  
W6jB!W  
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： RNIfw1R  
Y3-15:-  
U(i2j)|^I3  
图2更换玻璃N-BAK2后的消色差透镜
cLB"<mG  
接下来，运行下面代码对透镜进行优化，代码如下： T>LtN  
PANT                                            ！参数输入 Xv'64Nc!;  
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 '9RHwKu&s  
VLIST TH 2 4                               ！改变表面2和表面4的厚度
tU?lfU[7  
END                                              ！以END结束 5a_K|(~3I  
OO\UF6MCU  
AANT                                           ！像差输入 VoP(!.Ua>7  
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 'MC)%N,  
ACC                                              ！自动控制玻璃元件的中心厚度，防止中心厚度太厚 9$Hgh7'hvs  
GSO 0 1 4 M 0 0  ！校正0视场弧矢面中产生的光线网格OPD像差；0-孔径权重占比，1-权重，4-光线数，M-多色，0-Y视场，0-X视场； 'RG`DzuF  
GNO 0 .2 3 M .75 0  ！校正0.75视场光线网格OPD像差 ]aaHb  
GNO 0 .1 3 M 1.0 0  ！校正全视场光线网格OPD像差 eQYW>z'%,  
END                          ！以END结束 6%:'2;xM  
f#5mX&j  
SNAP                        ！设置PAD更新频率，每迭代一次PAD更新一次 \WZ00Y,*  
SYNO 30                  ！迭代次数30次 mk[=3!J  
优化后的消色差镜头结构，如图3所示。由图可知，此透镜的校正的光程差优于1/4波长。并保存镜头文件，命名为'C12L2.RLE'。 &uk?1Z#j  
^mG-O  
接着，我们查看离焦在新设计中随波长的变化，如下图。运行以下代码： a0.)zgWr  
CHG                    ！改变镜头 h{>8W0W*  
NOP                     ！移除所有在透镜上的拾取和求解 hQX|wWh  
END                     ！以END结束 9BHl2<&V  
PLOT DELF FOR WAVL = .45 TO .65  ！绘制离焦在波长0.45um~0.65um范围内的变化 Bv/v4(G5g  
#<l;YT8  
k deJB-  
离焦随波长变化的数据分析，分析表明在设计波长范围内的离焦大约为0.0026英寸。 ?2.<y_1  
4J_18.JHP  
透镜具有完美的艾里斑，通过图像工具(MIT)计算，并且为透镜分配了十个波长，在中心产生良好的白色，并具体相干效果。如下图。 *jDzh;H!w  
gKBcD\F  
现在，我们计算消色差透镜的公差。首先移除表面6上的曲率求解。代码如下： VE{t]>*-u  
CHG a*??!  
6 NCOP          ！移除表面6的曲率求解 6h
;$^3x$  
END w'cZ\<N[  
Hh;7 hY\  
然后，在CW命令窗口输入MSB，进行BTOL设置，如图： Fet>KacTht  
[?]s((A~B  
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。 }X}fX#[  
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。 a}%>i~v<  
x+^iEj`gk  
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。 @'~v~3 $S  
透镜2的V-number的公差为0.05359。同时该透镜保持0.00024的共轴性。 V=1Y&y  
O(wt[AE
A  
{wCQ#V  
现在呢，公差太小，没有办法按照预估公差来制造透镜。所以怎样将公差放大呢？ -CxaOZG  
在CW中输入THIRD SENS： K{"(|~=U  
p?5`+Z  
?2DYz"/')  
\W#M]Q  
SAT的值为8.363，即每个表面对球差SA3贡献的平方和为8.363。接下来，通光减小SAT值，来降低公差灵敏度，放大公差。 p6I@o7f  
P>jlFm  
优化宏代码如下： 6XB9]it6  
PANT QiB:K Pz[  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7 2sWM(SN  
VLIST TH 2 4 "4i(5|whp?  
END B ljZ&wZW  
AANT 3X%>xUI  
AEC q[**i[+%  
ACC CA:t](xqQ  
M 4 1 A SAT                      ！SAT的目标值为4，权重为1； -pyTzC$HO  
GSO 0 1 5 M 0 0   ={8ClUV#  
GNO 0 .2 4 M .75 0   QnVYZUgJeV  
GNO 0 .1 4 M 1.0 0   M%yT?R+  
END -*+7-9A I  
SNAP 6uR:/PTG  
SYNO 30
6|["!AUI  
;/ WtO2  
ob-z-iDz  
优化后的透镜结果，如图4所示： BWz*!(   
mI?AI7DqK  
g$9Yfu  
@ L?7`VoE  
|a/"7B|?\  
现在的THIRD SENS为： ,Cde5A{K  
W 4~a`D7  
n$B=Vt,  
exZa:9 sp  
新BTOL宏代码如下： E*j)gj9  
CHG ZVk_qA%  
NOP ;1K.SDj  
END ;NBJ@E,  
#tGW|F  
BTOL 2                      ！设置置信区间 0
P&rTtU6  
?neXs-'-p  
EXACT INDEX 1 3 5    ！表面1，表面3和表面5的折射率是精确的 l]^uVOX  
EXACT VNO 1 3 5        ！表面1，表面3和表面5的V-number是精确的 Ftu4 V*lD  
{3@/@jO?  
TPR ALL                  ！  假定所有表面与光学样板匹配                                                             ]Dd=q6  
TOL WAVE 0.1        ！最大波前变化值为0.1 fg^$F9
@  
ADJUST 6 TH 100 100  ！调整表面6的厚度，第一个数字100是指一组移动的表面数目；第二个 ebp18_a|  
                                             数字100是指允许的最大调整值； 68W&qzw.[r  
+{4ziqYj  
PREPARE MC         ！自动准备一个调整文件，以便后续的MC运行需使用该文件来检查统计信息 0,E*9y}  
?tV$o,11  
GO                          ！BTOL输入文件的最后输入，并执行程序 +*mi%)I  
STORE 4                ！透镜结果储存在透镜库的位置4 %9uLxC;  
运行BTOL宏之后，公差稍微宽松一点，如下图： S:+S
Zq  
MCjf$pZN]  
接着，运行MC程序来检查透镜情况。在CW中输入：SYNOPSYS AI> MC 50 4 QUIET -1 ALL 5;此命令将会测试一批储存在透镜库4中的50片透镜，按照上述预计公差来制作透镜，然后监控比较这一批透镜的统计数据，将最坏的透镜情况保存在透镜库位置5。 z~UqA1r  
\l"1Io=  
o{37}if  
TW7jp  
"+~La{POc  
ofC=S$wX  
S[n;u-U  
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： ~jQ|X?tR  
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 OB.TAoH:  
PASSES 20           ！对第一阶段(PHASE 1)优化的迭代次数 xi %u)p  
FAORDER 5 3 1  ！透镜制造序列，按难度排序，最复杂的透镜放首位 ncuqo'r  
i<m1^a#C'  
PHASE 1              ！第一阶段，优化透镜参数 a;r,*zZ="  
PANT @6~r7/WD  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 6 &$
:1rA_v  
VLIST TH 2 4 6 " ;8H;U`  
END |$f.Qs~?  
>;-.rJFr
 
AANT :D\M.A  
GSO 0 1 5 M 0 D C{l.a.  
GNO 0 1 5 M 1   :*4b,P  
END z'z_6]5  
SNAP S8(Y+jgk;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 ...|S]a  
h8iic  
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 2? 9*V19yu  
PANT [K1RP.  
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 V^sZXdDNL  
VY 3 XDC 2 100 -100   ！改变表面3的X方向偏心 Q`j!$r  
VY 5 YDC 2 100 -100 ue"?n2  
VY 5 XDC 2 100 -100 Ka%u#};  
VY 6 TH                        ！改变表面6的厚度 ]q~_  
END 5?9K%x'b  
AANT Ro\ U T64  
GNO 0 1 4 M 0 0 0 F 7jPPN
 
GNO 0 1 4 M 1 0 0 F   )zzZYs&|  
END >NwS0j$j@  
SNAP !6{; z/Hy  
SYNO 30 U.g7'`Z<  
' 5`w5swbc  
PHASE 3 ！第三阶段；当遇到第三阶段的输入，程序循环整个过程 <]1Z  
BC.~wNz6  
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。 }TfZ7~o[  
b9`vYnLk  
=]i[gs)B  
再次在CW中输入MC PLOT，得到MC直方图： L+VqTt  
pbc<326X"  
<~s{&cL!%#  
P`^3-X/  
m/TjXA8_  

资料非常不错，必须点赞！

谢谢楼主分享！！

很好的文章