[原创]SYNOPSYS代码详解-消色差透镜设计及公差分析 [复制链接]

b#bdz1@s  
@
qmONQ eb  
首先，消色差透镜的初始结构设计代码如下： %VOn;_Q*B  
RLE                                                     ！读取镜头文件 py`RH)  
ID F10 APO                                        ！镜头标识 `*cT79  
WAVL 0.65 0.55 0.45                         ！定义三个波长，按照长波到短波顺序排列 s\i=-`  
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。
[SgWUP*  
UNITS INCH                                      ！透镜单位为英寸 4d4le  
0 AIR                                                                        ！物面处于空气中 zvf:*Na")  
1 RAD -300.4494760791975   TH      0.58187611  ！表面1的半径，厚度 3t22KY[`  
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 ^29w
@*  
1 GTB S    'N-SK4 '                                                  ！表面1玻璃类型为N-SK4 Zq=t&$*  
2 RAD     -7.4819193194388   TH      0.31629961 AIR   ！表面2在空气中的半径，厚度 OLJb8kO  
2 AIR                                                                                 ！表面2处于空气中 u3vBMe0v[  
3 RAD     -6.8555018049530   TH      0.26355283           ！表面3的半径，厚度 Z)EmX=  
3 N1 1.60953772 N2 1.61628830 N3 1.62823445         ！玻璃类型为N-KZFS4的三个波长折射率被精确指出 bq[j4xH0X  
3 GTB S    'N-KZFS4'                                                     ！表面3玻璃类型为N-KZFS4 4J0{$Xuu0  
4 RAD      5.5272935517214   TH      0.04305983 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 J;h4)w~9H3  
4 AIR                                                                                  ！表面4处于空气中 z"*X/T  
5 RAD      5.6098999521052   TH      0.53300999   ！表面5的半径，厚度 XIh2Y\33ys  
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 ez=$]cln  
5 GTB S    'N-BAF10'                                               ！表面5玻璃类型为N-BAF10 })!d4EcZf  
6 RAD    -27.9819596092866  TH     39.24611007 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 +]uW|owxo  
6 AIR                                                                                  ！表面6处于空气中 hO(8v&ns3  
6 CV      -0.03573731                                                         ！表面6的曲率 Hy5_iYP5  
6 TH     39.24611007      ！表面6的厚度 ^ AxU  
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 _ vVw2HH  
7 RAD    -11.2104527948015   TH      0.00000000 AIR  ！表面7（像面）的半径，厚度 ,X(P/x{B  
END                                                                                  ！以END结束 5QB]2c^  
4[a?..X  
?(Q" y\  
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： zIt-mU  
qH!}oPeU'  
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： 'Bb]<L`  
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。 "r @RDw
 
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’。 J~KWn.  
得到玻璃的色散图如下： 4*
MjDb  
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： EW*
!_|  
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。 IGv_s+O-*  
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。 .+>w0FG.  
Q:eIq<erY  
i3t=4[~oL  
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。 8^M5k%P
 

$'e;ScH  
于是，单击N-BAK2符号，名称出现在右侧窗口时，在‘Surface’中填写‘1’，然后点击'Apply',这样就为表面1分配了玻璃类型N-BAK2。 }Uki)3(  
txQyHQ)@  
另外，N-BAK2的特性如下，其酸碱度等级为1，湿度等级为2，而且价格也比N-SK4低： _ _cJ+%e  
Yao>F--?  
现在PAD图中的透镜像差非常差，这是因为表面1更换玻璃N-BAK2后，还未进行优化，如图2所示： WsRG>w3"  
D}'g4Ag  
fgg^B[(Y  
图2更换玻璃N-BAK2后的消色差透镜 <_@ K4zV  
接下来，运行下面代码对透镜进行优化，代码如下： 6g4CUP'Y  
PANT                                            ！参数输入 4r#O._Z  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7                ！改变表面1、表面2、表面3、表面4、表面5以及表面7的半径 6la# 0U23  
VLIST TH 2 4                               ！改变表面2和表面4的厚度 u\=gps/Z  
END                                              ！以END结束 _d6mf
4M]5  
loN!&YceW  
AANT                                           ！像差输入 ='u'/g$'&  
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 f gI.q  
ACC                                              ！自动控制玻璃元件的中心厚度，防止中心厚度太厚 #S2LQ5U  
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； kwNXKn/
 
GNO 0 .2 3 M .75 0  ！校正0.75视场光线网格OPD像差 ^Dhj<_  
GNO 0 .1 3 M 1.0 0  ！校正全视场光线网格OPD像差 c'OJodp
a  
END                          ！以END结束 |t CD@M  
6-va;G9Fc  
SNAP                        ！设置PAD更新频率，每迭代一次PAD更新一次 vLn<=.  
SYNO 30                  ！迭代次数30次 k|0Fa}Z[  
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'。 1Lz`.%k`:  
oc'#sE  
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： `%;nHQ"  
CHG                    ！改变镜头 F7a &-  
NOP                     ！移除所有在透镜上的拾取和求解 7Z5,(dH>  
END                     ！以END结束 WI9'$hB\  
PLOT DELF FOR WAVL = .45 TO .65  ！绘制离焦在波长0.45um~0.65um范围内的变化 9\3%5B7  
YM{Q)115  
GDw4=0u-  
离焦随波长变化的数据分析，分析表明在设计波长范围内的离焦大约为0.0026英寸。 B[ae<V0k  
"L@qjSs8  
透镜具有完美的艾里斑，通过图像工具(MIT)计算，并且为透镜分配了十个波长，在中心产生良好的白色，并具体相干效果。如下图。 ,{ CgOz+Ul  
hRb k-b  
现在，我们计算消色差透镜的公差。首先移除表面6上的曲率求解。代码如下： T~8`{^  
CHG ]W<E#^  
6 NCOP          ！移除表面6的曲率求解 EA7]o.Nm*{  
END GJWC}$#TY  
A>+5~u  
然后，在CW命令窗口输入MSB，进行BTOL设置，如图： 5Zs"CDU  
-aG( Yx  
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。 }#zE`IT  
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。 {l{p  
d hiLv_/  
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。 0uzis09  
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。 X0b :Oiw  
S1uW`zQ!+_  
E#Ynn6  
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？ 0K>rc1dy  
在CW中输入THIRD SENS： QNFA#`H  
p`gg   
\sHM[nF0  
GiHJr1  
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。 ~B>I?j  
-qfd)A6]  
优化宏代码如下：  Ci
h}  
PANT FePJ8  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7 ~U*2h =]  
VLIST TH 2 4 8"wA8l.  
END c}Jy'F7&f  
AANT dDW],d}B;  
AEC hw_7N)}  
ACC 0LoA-c<Ay  
M 4 1 A SAT                      ！SAT的目标值为4，权重为1； v3S{dX<  
GSO 0 1 5 M 0 0   Wr`=P,  
GNO 0 .2 4 M .75 0   l,h
#RTfry  
GNO 0 .1 4 M 1.0 0   Bp^>R`,  
END d(,-13  
SNAP OW)8Z60  
SYNO 30 ;Iw'TF   
*[ Wh9 ,H  
~J)4(411  
优化后的透镜结果，如图4所示： ( NjX?^  
yN{Ybp  
<S $Z  
fouy??  
S7aSUt!  
现在的THIRD SENS为： wX#\\Jgi  
] 5
P{*  
WSDNTfpI  
f:7Y  
新BTOL宏代码如下： Uvf-h4^J]:  
CHG C'n 9n!hR  
NOP a6WE,4T9  
END rC_K L  
./#K@V1  
BTOL 2                      ！设置置信区间 z-7F,$  
P_-zkw  
EXACT INDEX 1 3 5    ！表面1，表面3和表面5的折射率是精确的 q,u>`]}
 
EXACT VNO 1 3 5        ！表面1，表面3和表面5的V-number是精确的 -rH4/Iby  
fhH* R*4  
TPR ALL                  ！  假定所有表面与光学样板匹配                                                             xO1d^{~^^  
TOL WAVE 0.1        ！最大波前变化值为0.1 e-qr d  
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 nkJ*$cT1o  
                                             数字100是指允许的最大调整值； 'U1r}.+b>  
2"<}9A<Xs  
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 ]-x#zp;=  
9-Ib+/R0  
GO                          ！BTOL输入文件的最后输入，并执行程序 %Pa-fee  
STORE 4                ！透镜结果储存在透镜库的位置4 Crpkq/M  
运行BTOL宏之后，公差稍微宽松一点，如下图： Om}&`AP};  
"45BOw&72G  
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":-g"d  
F,:F9r?l,H  
e1<28g  
SI;G|uO;/  
'c &Bmd40  
DN^ln%#  
<wE2ly&x  
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： $S,
Uoh  
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 @ K@~4!  
PASSES 20           ！对第一阶段(PHASE 1)优化的迭代次数 saRB~[6I  
FAORDER 5 3 1  ！透镜制造序列，按难度排序，最复杂的透镜放首位 `M7){  
^f`#8G7(  
PHASE 1              ！第一阶段，优化透镜参数 -3 W4  
PANT l}O`cC
 
VLIST RAD 1 2 3 4 5 6 i"e)LJz  
VLIST TH 2 4 6 ;U7\pc;S  
END k*!J,/=k  
B;K{V
o:C  
AANT 'HqAm$
V+  
GSO 0 1 5 M 0 1H[lf B  
GNO 0 1 5 M 1   J25>t^  
END *=2jteG=3.  
SNAP 3ZB;-F5v  
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 x_@ev
-  
zP9 HYS  
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 6@I7UL >  
PANT
uWfse19  
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 T.1z<l""  
VY 3 XDC 2 100 -100   ！改变表面3的X方向偏心 <0kRky$  
VY 5 YDC 2 100 -100 L7jz^g^  
VY 5 XDC 2 100 -100 qp{NRNk
Q  
VY 6 TH                        ！改变表面6的厚度 )>[(HxvfJU  
END [9LYR3 p  
AANT 3BSeZ:j7  
GNO 0 1 4 M 0 0 0 F 3Q;^X(Ml*  
GNO 0 1 4 M 1 0 0 F   lO9>?y8.y  
END '[juPI(!  
SNAP yNDyh  
SYNO 30 ,LMme}FFeb  
71A{"  
PHASE 3 ！第三阶段；当遇到第三阶段的输入，程序循环整个过程 K^w9@&g6  
qC6Q5F  
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。 $PTedJ}*Y  
DC$ S. {n  
FF_$)%YUp  
再次在CW中输入MC PLOT，得到MC直方图： NFa ;  
w"BTu-I  
E""/dC:B  
HOUyB's'  
2fLd/x~  

很好的文章

谢谢楼主分享！！

资料非常不错，必须点赞！