[原创]SYNOPSYS代码详解-消色差透镜设计及公差分析 [复制链接]

3J4OkwqD  
D'g@B.fXd  
首先，消色差透镜的初始结构设计代码如下： zwUZ*Se  
RLE                                                     ！读取镜头文件 /3L4K  
ID F10 APO                                        ！镜头标识 D@w&[IF  
WAVL 0.65 0.55 0.45                         ！定义三个波长，按照长波到短波顺序排列  wD  
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。 2bXCFv7}  
UNITS INCH                                      ！透镜单位为英寸 %j2:W\g:  
0 AIR                                                                        ！物面处于空气中 C]ho7qC  
1 RAD -300.4494760791975   TH      0.58187611  ！表面1的半径，厚度 U>n.+/ss  
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 R90chl  
1 GTB S    'N-SK4 '                                                  ！表面1玻璃类型为N-SK4 JvT#Fxjk  
2 RAD     -7.4819193194388   TH      0.31629961 AIR   ！表面2在空气中的半径，厚度 ]$)};8;7W  
2 AIR                                                                                 ！表面2处于空气中 )MN6\v  
3 RAD     -6.8555018049530   TH      0.26355283           ！表面3的半径，厚度 !=vsY]  
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 &_QD1 TT  
3 GTB S    'N-KZFS4'                                                     ！表面3玻璃类型为N-KZFS4
qCk`398W  
4 RAD      5.5272935517214   TH      0.04305983 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 !k'E  
4 AIR                                                                                  ！表面4处于空气中 :gkn`z  
5 RAD      5.6098999521052   TH      0.53300999   ！表面5的半径，厚度 OpOR!  
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 =v!8i  
5 GTB S    'N-BAF10'                                               ！表面5玻璃类型为N-BAF10 k fOd|-  
6 RAD    -27.9819596092866  TH     39.24611007 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 ywjD.od"v  
6 AIR                                                                                  ！表面6处于空气中 #)DDQ?D  
6 CV      -0.03573731                                                         ！表面6的曲率 t]t(/x#
  
6 TH     39.24611007      ！表面6的厚度 /#x0?d{5  
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 _}H`(d%N  
7 RAD    -11.2104527948015   TH      0.00000000 AIR  ！表面7（像面）的半径，厚度 coXm*X>z  
END                                                                                  ！以END结束 a$11u.\q+  
j}%C;;MPH  
tpV61L   
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： Em<J{`k6  
pR:cnkVF  
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： *q1sM#;5  
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。 Xs4G#QsAJ  
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’。 ui*CA^ Y
 
得到玻璃的色散图如下： ]waCYrG<sY  
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： scEE$:  
图中显示，N-SK4的酸度(Acid)等级为5，湿度等级(Humidity)为3;此玻璃暴露在空气中的性能不稳定。因此，需要更换一种玻璃材料。 A@EUH  
如何选取更换材料？首先我们单击'Graph'按钮，选择‘Acid Sensitivity ’,点击‘OK’，得到下图，图中玻璃位置处的红色垂线表示酸敏感度，垂线越长，玻璃越不耐用。 FefS]G  
wqn}t]  
m,]h7xx  
从图中，我们发现N-BAK2根本没有线，可以选取其作为更换材料。 Q0_|?]v  
K@=_&A!  
于是，单击N-BAK2符号，名称出现在右侧窗口时，在‘Surface’中填写‘1’，然后点击'Apply',这样就为表面1分配了玻璃类型N-BAK2。 (@*#Pn|A  
J@9E20$  
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： L_YY,  
~u80v h'  
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： HuL9' M
 
;Q8rAsf9  
!P* z=  
图2更换玻璃N-BAK2后的消色差透镜 SJI+$L\'  
接下来，运行下面代码对透镜进行优化，代码如下： Xn8r3Nb$A  
PANT                                            ！参数输入 F;dUqXUu  
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 Qte'f+  
VLIST TH 2 4                               ！改变表面2和表面4的厚度 D\GP+Ota  
END                                              ！以END结束 Y]1b39O  
A?OaP  
AANT                                           ！像差输入 tB{O6=q  
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 n&uD=-  
ACC                                              ！自动控制玻璃元件的中心厚度，防止中心厚度太厚 R*psL&N  
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； i
tIzs99j  
GNO 0 .2 3 M .75 0  ！校正0.75视场光线网格OPD像差 (/l9@0Y.t  
GNO 0 .1 3 M 1.0 0  ！校正全视场光线网格OPD像差 uYwJ[1C  
END                          ！以END结束 xyTjK.N  
,U/ZG|=v  
SNAP                        ！设置PAD更新频率，每迭代一次PAD更新一次 A ptzBs/  
SYNO 30                  ！迭代次数30次 IE9A _u*  
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'。 Ke+#ww  
{oN7I'>  
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： -^LEGKN  
CHG                    ！改变镜头 GKKf#r74  
NOP                     ！移除所有在透镜上的拾取和求解 0/JusQ  
END                     ！以END结束 +3n07d
  
PLOT DELF FOR WAVL = .45 TO .65  ！绘制离焦在波长0.45um~0.65um范围内的变化 B?J#NFUb  
0dgp<  
+V6N/{^5  
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。 _/5mgn<GK  
d^W
EfH  
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。 miZ&9m  
%<w)#eV?  
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： $fA%_T_P'P  
CHG <M|kOi  
6 NCOP          ！移除表面6的曲率求解 @9^ozgg  
END X4U$#uI{  
O=PyXOf  
然后，在CW命令窗口输入MSB，进行BTOL设置，如图： o4CgtqRs  
)xuvY3BPB?  
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。 Pp[?E.]P  
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。 ga~C?H,K  
.W<yiB}^  
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。 @<O Bt d  
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。 Ul@yXtj  
EI*B(  
N%\!eHxy  
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？ dk9'C  
在CW中输入THIRD SENS： ("k.5$  
\ueo^p]_?  
T8,?\7)S9  
Kuz /  
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。 6WQT,@?  
!>{`o/dZ  
优化宏代码如下： dtw4cG  
PANT  cf#2Wg)  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7 ,=tPh4>  
VLIST TH 2 4 /L8Q[`;.  
END l* =\0
  
AANT MV<2x7S  
AEC sF$$S/b  
ACC )Fh+6  
M 4 1 A SAT                      ！SAT的目标值为4，权重为1； V(|@6ww  
GSO 0 1 5 M 0 0   B'OUT2cgB  
GNO 0 .2 4 M .75 0   OsMU>v }m  
GNO 0 .1 4 M 1.0 0   )B86  
END m?]XNgT  
SNAP =1noT)gCR  
SYNO 30 .mzy?!w0q  
"|yuP1;L  
k[0Gz  
优化后的透镜结果，如图4所示： [;`B  
*E0dCY$  

&>zzR$#1  
82.::J'e  
=ILE/pC-|  
现在的THIRD SENS为： 2HNKq<  
nCZ&FNi{O~  
A{Jp>15AVg  
owDp?Sy}E  
新BTOL宏代码如下： ~ [k0ay  
CHG 0drt,k  
NOP C:+-T+m[  
END ' XJ>;",[  
Y[l*>}:w  
BTOL 2                      ！设置置信区间 tONX<rA|]  
x{_:B DY  
EXACT INDEX 1 3 5    ！表面1，表面3和表面5的折射率是精确的 {k4)f ad\  
EXACT VNO 1 3 5        ！表面1，表面3和表面5的V-number是精确的 {Jf["Z  
`52+.*J+%  
TPR ALL                  ！  假定所有表面与光学样板匹配                                                             N8!V%i?  
TOL WAVE 0.1        ！最大波前变化值为0.1 A dNQS  
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 ,@mr})s  
                                             数字100是指允许的最大调整值； 4PtRTb0<i3  
F7!g+LPc<  
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 $l05VZ  
TYv'#{  
GO                          ！BTOL输入文件的最后输入，并执行程序 @]v}&j7  
STORE 4                ！透镜结果储存在透镜库的位置4 Wt|IKCx   
运行BTOL宏之后，公差稍微宽松一点，如下图： >yr:L{{D}G  
N~rA/B]T  
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。 #aX+?z\4  

i2]7Bf)oV  
}HB>Zb5  
6V{Sf9V|  
Ass :  
. V5Pr}"y  
BvQMq5&  
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： k!?sHUAj  
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 7+_TdDBYs  
PASSES 20           ！对第一阶段(PHASE 1)优化的迭代次数 #0H
Z"n  
FAORDER 5 3 1  ！透镜制造序列，按难度排序，最复杂的透镜放首位 BC:d@  
nHAET  
PHASE 1              ！第一阶段，优化透镜参数 L
|B/'  
PANT bTBV:]w  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 6 %.k~L  
VLIST TH 2 4 6 5`Q*  
END tu5g> qb  
k }amSsE  
AANT tuT>,Bb
R  
GSO 0 1 5 M 0 z$64Ep#  
GNO 0 1 5 M 1   /g/]Q^  
END yvIeK6  
SNAP Fru&-T[  
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 V{jQ=<)@e  
(AYzN3 ?D  
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*A>N  
PANT {}.M(nPtv;  
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 QZwUv<*  
VY 3 XDC 2 100 -100   ！改变表面3的X方向偏心 (,nQ7,2EX  
VY 5 YDC 2 100 -100 5 [GdFd>{  
VY 5 XDC 2 100 -100 vIq>QXb;d  
VY 6 TH                        ！改变表面6的厚度 VQ}N&H)
`  
END \#50; 8VJ  
AANT Nxm^jPM0  
GNO 0 1 4 M 0 0 0 F +56N}MAs  
GNO 0 1 4 M 1 0 0 F   91f{qq=#J{  
END ke2zxX2f  
SNAP s9#WkDR  
SYNO 30 "A(D}~i  
lJHU1 gu  
PHASE 3 ！第三阶段；当遇到第三阶段的输入，程序循环整个过程 :@rq+wvP  
9%#u,I  
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。 d/"%fpp^0G  
/Fr*k5I  
$?Km3N\?v  
再次在CW中输入MC PLOT，得到MC直方图： 4h*c{do  
wZUZ"Y}9  
&0b\E73  
O*SJx
.  
+ *W%4e  

很好的文章

谢谢楼主分享！！

资料非常不错，必须点赞！