[原创]SYNOPSYS代码详解-消色差透镜设计及公差分析 [复制链接]

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:%b[7  
AsvH@
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首先，消色差透镜的初始结构设计代码如下： tZFpxyF  
RLE                                                     ！读取镜头文件 .RyuWh!5  
ID F10 APO                                        ！镜头标识 ^+k= ;nl  
WAVL 0.65 0.55 0.45                         ！定义三个波长，按照长波到短波顺序排列 0O-"tP8o  
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。 qG9j}[d'  
UNITS INCH                                      ！透镜单位为英寸
6#\:J0  
0 AIR                                                                        ！物面处于空气中 6Tc!=lk  
1 RAD -300.4494760791975   TH      0.58187611  ！表面1的半径，厚度 3Wx\Liw,  
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 | h+vdE8  
1 GTB S    'N-SK4 '                                                  ！表面1玻璃类型为N-SK4 1TF
S2R n  
2 RAD     -7.4819193194388   TH      0.31629961 AIR   ！表面2在空气中的半径，厚度 a`?Vc}&  
2 AIR                                                                                 ！表面2处于空气中 xuVc1jJH  
3 RAD     -6.8555018049530   TH      0.26355283           ！表面3的半径，厚度 SUW=-M  
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 Tks"GlE*D  
3 GTB S    'N-KZFS4'                                                     ！表面3玻璃类型为N-KZFS4 /FC(d
5I  
4 RAD      5.5272935517214   TH      0.04305983 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 TmM~uc7mj  
4 AIR                                                                                  ！表面4处于空气中 iM9^.  
5 RAD      5.6098999521052   TH      0.53300999   ！表面5的半径，厚度 m}S}fH(  
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 mZu
Lwd$0  
5 GTB S    'N-BAF10'                                               ！表面5玻璃类型为N-BAF10 <=w!:   
6 RAD    -27.9819596092866  TH     39.24611007 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 WT3g31  
6 AIR                                                                                  ！表面6处于空气中 y9=<q%Kc-  
6 CV      -0.03573731                                                         ！表面6的曲率 " SP6o  
6 TH     39.24611007      ！表面6的厚度 b)E<b{'W  
6 YMT 0.0000000          ！YMT求解在表面7上指定的轴向边缘光线高度为0时所对应的厚度 <aI}+  
7 RAD    -11.2104527948015   TH      0.00000000 AIR  ！表面7（像面）的半径，厚度 G2+ gEg  
END                                                                                  ！以END结束 Ww#!-,*]o  
B7'yc`)H  
obPG]*3  
运行上述代码后，点击图标 打开PAD二维图，得到消色差透镜的初始结构，如图1所示： ]&`
=p{Z  
_>?.MUPB  
点击PAD图中的图标 ，打开玻璃表，已经选中玻璃库Schott，这是我们先前指定的玻璃库，点击OK，得到显示Nd和Vd的玻璃图，如下图： D(&WEmm\B  
绿色圆圈旁边的数字表示目前三片式透镜表面1、表面3、表面5，即被定义了玻璃类型的表面。 PAxR?2m{  
而我们关心的是色散特性。所以需单击‘Graph’按钮，然后单击‘Plot P(F,e)vs.Ve’，再点击‘OK’。 b*{UO  
得到玻璃的色散图如下： ~`B]G  
现在，我们查看表面1的玻璃材料的性能。具体操作：单击数字1的绿色圆圈，然后单击‘Properties’按钮。最后表面1的玻璃材料N-SK4的性能如下： |`{$Ego:  
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。 y7GgTC/H  
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。 IY mkZ?cW  
qElPYN*wF  
' ~fP#y  
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。 w|*D{`O  
WW!-,d{{@  
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。 D]|{xKC}  
|L:X$oM  
另外，N-BAK2的特性如下，其酸碱度等级为1，湿度等级为2，而且价格也比N-SK4低： "ctZ"*  
(NJ.\m  
现在PAD图中的透镜像差非常差，这是因为表面1更换玻璃N-BAK2后，还未进行优化，如图2所示： }m7$,'C%P  
v$5D&Tv  
[ q[2\F?CE  
图2更换玻璃N-BAK2后的消色差透镜  a3a:H  
接下来，运行下面代码对透镜进行优化，代码如下： ZA@zs,o%  
PANT                                            ！参数输入 2 &_>2"=<@  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7                ！改变表面1、表面2、表面3、表面4、表面5以及表面7的半径 yx;K&>  
VLIST TH 2 4                               ！改变表面2和表面4的厚度 "QD>:G;u  
END                                              ！以END结束 ?|!m  
l m(mY$B*_  
AANT                                           ！像差输入 }qZ^S9  
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 JLjs`oqh  
ACC                                              ！自动控制玻璃元件的中心厚度，防止中心厚度太厚 A:pD:}fm}D  
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； ez5>V7Y  
GNO 0 .2 3 M .75 0  ！校正0.75视场光线网格OPD像差 2k&Voa  
GNO 0 .1 3 M 1.0 0  ！校正全视场光线网格OPD像差 \|M[W~
8  
END                          ！以END结束 -pQ?ybQ  
Fzy#!^9Nu  
SNAP                        ！设置PAD更新频率，每迭代一次PAD更新一次 T,PN6d  
SYNO 30                  ！迭代次数30次 g@Y]$ey%A  
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'。 \YF07L]qs-  
HNlW.y"  
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*sL&Rt][Y  
CHG                    ！改变镜头 x{Dw?6TP  
NOP                     ！移除所有在透镜上的拾取和求解 M 8(w+h{  
END                     ！以END结束 zvdIwV&oT  
PLOT DELF FOR WAVL = .45 TO .65  ！绘制离焦在波长0.45um~0.65um范围内的变化 dNov= w  
A0v@L6m-O  
\(`C*d  
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。 4-$kcwA  
%afF%y  
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。 6k<3,`VV|  
t\Qm2Q)>  
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： roe_H>  
CHG ?@MWV  
6 NCOP          ！移除表面6的曲率求解 jX*gw6!  
END +
~M.VsX  
%dhrXK5  
然后，在CW命令窗口输入MSB，进行BTOL设置，如图： |tTcJ\bG  
(|3?wX'2U  
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。 M8y|Lm}o  
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。 wgq=9\+&  
wjT#D|soI  
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。 [lK`~MlQ  
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。 %/hokyx  
U#XW}T=|  
$~?)E;S  
现在呢，公差太小，没有办法按照预估公差来制造透镜。所以怎样将公差放大呢？ Fx)><+-  
在CW中输入THIRD SENS： yC4%z)t&R  
mGoC8t}iP  
{BJH}vV1)  
t~!ag#3['.  
SAT的值为8.363，即每个表面对球差SA3贡献的平方和为8.363。接下来，通光减小SAT值，来降低公差灵敏度，放大公差。 q^<;B Y  
rhGB l`(B  
优化宏代码如下： `FX?P`\@I  
PANT N4{g[[ T  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7 C]ax}P>BQ  
VLIST TH 2 4 ]@ Vp:RGMr  
END &?}h)
U#:  
AANT ]5M
T-qU  
AEC l-Dgm  
ACC zgn`@y2  
M 4 1 A SAT                      ！SAT的目标值为4，权重为1； Lw?>1rTT/  
GSO 0 1 5 M 0 0   0G+qF96  
GNO 0 .2 4 M .75 0   t$R0UprK  
GNO 0 .1 4 M 1.0 0   /1=x8Sb  
END ?
,[$8V  
SNAP
pK/RkA1  
SYNO 30 'gsO}xj  
A-$C6q  
*GdJ<B$  
优化后的透镜结果，如图4所示： U2\k7I  
hl DU.k  
%Rk0sfLvn  
WW7E*kc  
>gn@NJ2N  
现在的THIRD SENS为： <UGM/+aO  
\rS-}DG  

2<V`  
f;&XTF5D^  
新BTOL宏代码如下： [RTo[-ci2  
CHG Z hCjY  
NOP I^D*) z  
END SLvo)`Nc3-  
@ W q8AFo  
BTOL 2                      ！设置置信区间 2t=&h|6EW  
IQmlmu  
EXACT INDEX 1 3 5    ！表面1，表面3和表面5的折射率是精确的 8*uaI7;*  
EXACT VNO 1 3 5        ！表面1，表面3和表面5的V-number是精确的 X3ZKN
;  
yV&]i-ey  
TPR ALL                  ！  假定所有表面与光学样板匹配                                                             eV0eMDY5  
TOL WAVE 0.1        ！最大波前变化值为0.1 R m2M  
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 QP@@h4J^  
                                             数字100是指允许的最大调整值； Y$qjQ1jF+  
YC*`n3D|'  
PREPARE MC         ！自动准备一个调整文件，以便后续的MC运行需使用该文件来检查统计信息 ma`sv<f4-!  
G2:.8ok  
GO                          ！BTOL输入文件的最后输入，并执行程序 CdtwR0  
STORE 4                ！透镜结果储存在透镜库的位置4 ye| 2gH  
运行BTOL宏之后，公差稍微宽松一点，如下图： Y&i&H=U  
Cth<xn(Q  
接着，运行MC程序来检查透镜情况。在CW中输入：SYNOPSYS AI> MC 50 4 QUIET -1 ALL 5;此命令将会测试一批储存在透镜库4中的50片透镜，按照上述预计公差来制作透镜，然后监控比较这一批透镜的统计数据，将最坏的透镜情况保存在透镜库位置5。 }UG<_bE|  
.Lm`v0'w  
Y)M-?|4  
!__^M3S,k  
Prv=f@  
\PmM856=ms  
UK[+I]I p  
于是，对保存在透镜库4的透镜进行制造调整。使用FAMC指令(FAMC是制造调整MC)分析统计数据。代码如下： +]Z*_?j9{  
FAMC 50 4 QUIET -1 ALL 5  ！测试透镜库4中的50片透镜，按照预计公差来制作透镜，然后监控对比所有透镜质量，将最坏透镜结果保存在透镜库5 8yuTT^  
PASSES 20           ！对第一阶段(PHASE 1)优化的迭代次数 gM6o~ E  
FAORDER 5 3 1  ！透镜制造序列，按难度排序，最复杂的透镜放首位 FGpV ]p  
=]<X6!0mR  
PHASE 1              ！第一阶段，优化透镜参数 l@@qpaH  
PANT ~k ]$J|}za  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 6 XKT[8o<L  
VLIST TH 2 4 6 MLmv+  
END 2nSz0 .  
@\=4 Rin/q  
AANT tZr_{F@  
GSO 0 1 5 M 0 U8zs=tA  
GNO 0 1 5 M 1   P;ZVv{mT  
END 8%b-.O:_$  
SNAP JS&;7Z$KX  
EVAL   ！必须以EAVL结束，第一阶段已经将透镜公差应用于透镜本身，然后依次完成所有透镜制作 +#@2,  
(IAR-957pN  
PHASE 2              ！第二阶段，只优化不包括在第一阶段中的透镜参数和评价函数 h>/L4j*Z  
PANT id/y_ekfP  
VY 3 YDC 2 100 -100   ！改变表面3的Y方向偏心，上限为2，下限为100，增量为-100 :,'.b|Tl.b  
VY 3 XDC 2 100 -100   ！改变表面3的X方向偏心 u>2opI
~m  
VY 5 YDC 2 100 -100 }&EdA;/o_  
VY 5 XDC 2 100 -100 3C#Sr6  
VY 6 TH                        ！改变表面6的厚度 [Lf8*U"  
END 70nBC  
AANT Wtflw>-  
GNO 0 1 4 M 0 0 0 F
mxCqN1:#  
GNO 0 1 4 M 1 0 0 F   g}I{-  
END 1(Lq9hs`  
SNAP Oc/ i'  
SYNO 30 B)qcu'>iy  
nA+gqY6 6|  
PHASE 3 ！第三阶段；当遇到第三阶段的输入，程序循环整个过程 08nA}+k  
Dh9C9<Ta:  
运行代码之后，得到带有制造调整的MC的最差透镜情况，如图6所示。 :Z3]Dk;y  
W!a'KI'  
)79F"ltzh  
再次在CW中输入MC PLOT，得到MC直方图： kg$w<C@#"  
 '5P
:;zw  
FF30VlJ  
m=MM  
Gg5>~"pb  

很好的文章

谢谢楼主分享！！

资料非常不错，必须点赞！