[原创]SYNOPSYS代码详解-消色差透镜设计及公差分析 [复制链接]

ePf+[pV3  
nD7|8,
'  
首先，消色差透镜的初始结构设计代码如下： 41u*w2j  
RLE                                                     ！读取镜头文件 &!ED# gs  
ID F10 APO                                        ！镜头标识 mDE'<c`b4  
WAVL 0.65 0.55 0.45                         ！定义三个波长，按照长波到短波顺序排列
!7}IqSs  
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。 !X^Hi=aV  
UNITS INCH                                      ！透镜单位为英寸 {vs 4vS6  
0 AIR                                                                        ！物面处于空气中 rkkU"l$v  
1 RAD -300.4494760791975   TH      0.58187611  ！表面1的半径，厚度 94\t1fE  
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 &~RR&MdZ2  
1 GTB S    'N-SK4 '                                                  ！表面1玻璃类型为N-SK4 ~@{w\%(AK]  
2 RAD     -7.4819193194388   TH      0.31629961 AIR   ！表面2在空气中的半径，厚度 &J_Z~^  
2 AIR                                                                                 ！表面2处于空气中 puOC60zI  
3 RAD     -6.8555018049530   TH      0.26355283           ！表面3的半径，厚度 C)NC&fV  
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 Rj^7#,993  
3 GTB S    'N-KZFS4'                                                     ！表面3玻璃类型为N-KZFS4 COR;e`%,  
4 RAD      5.5272935517214   TH      0.04305983 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 8O>}k  
4 AIR                                                                                  ！表面4处于空气中 -;^;2#](g  
5 RAD      5.6098999521052   TH      0.53300999   ！表面5的半径，厚度
oizT-8i@N  
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 d')-7C  
5 GTB S    'N-BAF10'                                               ！表面5玻璃类型为N-BAF10 ;x-(kIiE  
6 RAD    -27.9819596092866  TH     39.24611007 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 dm6~  
6 AIR                                                                                  ！表面6处于空气中 $[g_=Z  
6 CV      -0.03573731                                                         ！表面6的曲率 moMYdArj  
6 TH     39.24611007      ！表面6的厚度 BPqk"HG]T  
6 YMT 0.0000000          ！YMT求解在表面7上指定的轴向边缘光线高度为0时所对应的厚度  {@gAv!  
7 RAD    -11.2104527948015   TH      0.00000000 AIR  ！表面7（像面）的半径，厚度 n|Pr/ddL  
END                                                                                  ！以END结束 D3`}4 A  
Z%m-HE:k  
-_NC%iN#C  
运行上述代码后，点击图标 打开PAD二维图，得到消色差透镜的初始结构，如图1所示： h{k_6ym  
3t)v%S|k  
点击PAD图中的图标 ，打开玻璃表，已经选中玻璃库Schott，这是我们先前指定的玻璃库，点击OK，得到显示Nd和Vd的玻璃图，如下图： 2#3^skj  
绿色圆圈旁边的数字表示目前三片式透镜表面1、表面3、表面5，即被定义了玻璃类型的表面。 9IA$z\<<w  
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’。 5!Bktgk.  
得到玻璃的色散图如下： Bd@'e7{  
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： JWROYED  
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。 Gih[i\%Q  
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。 -I":Z2.fR  
6 {}JbRNf  
,Ol (piR  
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。 B
6]<G-
 
aQ#qRkI  
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。 2Vk\L~K  
B@O@1?c[  
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： .R5y:O  
iWE)<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： cu&,J#r%  
~>5#5!}@*  
JN'cXZJPn  
图2更换玻璃N-BAK2后的消色差透镜 ; |L<:x/  
接下来，运行下面代码对透镜进行优化，代码如下： WKmbNvN^  
PANT                                            ！参数输入 V-!"%fO.s  
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 pI;NL [  
VLIST TH 2 4                               ！改变表面2和表面4的厚度 ~]'pY  
END                                              ！以END结束 vyI%3+N@  
;n6b%,s  
AANT                                           ！像差输入 9bJQT'<R  
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 93O;+Z5J  
ACC                                              ！自动控制玻璃元件的中心厚度，防止中心厚度太厚 !}KqB8;  
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； ] asBd"  
GNO 0 .2 3 M .75 0  ！校正0.75视场光线网格OPD像差 GiFXX  
GNO 0 .1 3 M 1.0 0  ！校正全视场光线网格OPD像差 |J0Q,F]T  
END                          ！以END结束 1l8Etp&<  
Thr*^0$C  
SNAP                        ！设置PAD更新频率，每迭代一次PAD更新一次 pS[KBQ"F  
SYNO 30                  ！迭代次数30次 nZy X_J,Vd  
优化后的消色差镜头结构，如图3所示。由图可知，此透镜的校正的光程差优于1/4波长。并保存镜头文件，命名为'C12L2.RLE'。 ;WU<CKYG*  
b;GD/UI  
接着，我们查看离焦在新设计中随波长的变化，如下图。运行以下代码： ,#]t$mzbQ(  
CHG                    ！改变镜头 AVw%w&|%  
NOP                     ！移除所有在透镜上的拾取和求解 ,8MLoZ_  
END                     ！以END结束 \5)htL1F  
PLOT DELF FOR WAVL = .45 TO .65  ！绘制离焦在波长0.45um~0.65um范围内的变化 ? 1*m,;Z  
1"#*)MF  
up'  
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。 =PHIpFIuk  
!ZRs;UZ>o  
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。 TBrGA E  
.lgPFr6X  
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： %wptZ"2M  
CHG VOTv?V
f  
6 NCOP          ！移除表面6的曲率求解 A"5z6A4WB  
END 1xE]6he4{T  
4*.K'(S5fx  
然后，在CW命令窗口输入MSB，进行BTOL设置，如图： 3]&o*Ib1`_  
Va V
N  
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。 &sXRN&Fp  
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。 4)>FS'=  
fFvF\  
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。 8vSse  
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。 xM[Vc  
ig LMv+{  
^ci3F<?Q=  
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？ _p-t<ytnh  
在CW中输入THIRD SENS： K$K^=>I"o  
4MuO1W-  
S [h];eM  
0$+fkDf  
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。 h:z
K(;  
54-#QIx|  
优化宏代码如下： +ISz?~8  
PANT Io4(f  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7 m'\2:mDu0  
VLIST TH 2 4 $D v\ e  
END r;L>.wl*I  
AANT h_1T,f(  
AEC 'I;!pUfVp  
ACC /&F,
V+x  
M 4 1 A SAT                      ！SAT的目标值为4，权重为1； '0y9MXRT  
GSO 0 1 5 M 0 0   yme^b ;a  
GNO 0 .2 4 M .75 0   ~c)~015`  
GNO 0 .1 4 M 1.0 0   joKIrS0y  
END o&AM2U
/?  
SNAP \I"Z2N>^z  
SYNO 30 *_E|@y  
}g#&Q0
 
@/ZF` :  
优化后的透镜结果，如图4所示： 9% l%  
XNQAi (!GS  
uZfnzd)c  
V-n&oCS+f  
Xc"&0v%;#  
现在的THIRD SENS为： |#1(Z-}  
C2Xd?d  
k+
I}PuG  
FOq1>>a0  
新BTOL宏代码如下： `wF8k{Pb  
CHG n,$IfC"  
NOP A)%A!  
END ?4H i-  
2I*;A5$N1  
BTOL 2                      ！设置置信区间 Bs?7:kN(  
/Q~gU<  
EXACT INDEX 1 3 5    ！表面1，表面3和表面5的折射率是精确的 HB Iip?  
EXACT VNO 1 3 5        ！表面1，表面3和表面5的V-number是精确的 Y"-^%@|p  
L?5Ck<!xG  
TPR ALL                  ！  假定所有表面与光学样板匹配                                                             btdb%Q*  
TOL WAVE 0.1        ！最大波前变化值为0.1 >^XBa*4;Y  
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 z]b>VpW:  
                                             数字100是指允许的最大调整值； F(na{<g};  
L\y;LSTU  
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 Qne/g}PD`  
'v]u#/7a  
GO                          ！BTOL输入文件的最后输入，并执行程序 hXqD<?  
STORE 4                ！透镜结果储存在透镜库的位置4 /-#I_>:8'  
运行BTOL宏之后，公差稍微宽松一点，如下图： sdQkT#%y  
GnP|x}YM  
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。 aW!@f[%~F  
z25m_[p2  
R+&jD;U{
 
\GHiLs,!  
V+I|1{@i0  
|&Ym@Jyj  
L#vI=GpL,r  
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： $H+VA@_  
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 5Ri6Z#qm  
PASSES 20           ！对第一阶段(PHASE 1)优化的迭代次数 e9Nk3Sj]  
FAORDER 5 3 1  ！透镜制造序列，按难度排序，最复杂的透镜放首位 gn3jy^5  
meOMq1  
PHASE 1              ！第一阶段，优化透镜参数 4.IU!.Uo  
PANT #>j.$2G>  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 6 6;|n]m\Vd  
VLIST TH 2 4 6 MNSbtT*^  
END 2(/g}  
8T(e.I  
AANT LVJxn2x6  
GSO 0 1 5 M 0 /="~gq@  
GNO 0 1 5 M 1   E*jP87g  
END JwJ7=P=c  
SNAP d6W SL;$  
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 <Qxh)@ N  
:]J Ye*  
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 G#MdfKH  
PANT N5 $c]E  
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 rL}YLR  
VY 3 XDC 2 100 -100   ！改变表面3的X方向偏心 ?2>FdtH  
VY 5 YDC 2 100 -100 nxr!`^Mne  
VY 5 XDC 2 100 -100 ;pnD0bH  
VY 6 TH                        ！改变表面6的厚度 8>7&E-  
END /{|fyKo\?  
AANT Zfy
o-Wk  
GNO 0 1 4 M 0 0 0 F L:9F:/G  
GNO 0 1 4 M 1 0 0 F   H/Llj.-jg  
END 23h% < ,  
SNAP 8jyG"
%WO  
SYNO 30 +Z85HY{  
t*?0D\b 2  
PHASE 3 ！第三阶段；当遇到第三阶段的输入，程序循环整个过程 6H'HxB4  
5|1T}Z#;  
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。 clk[/'1  
lg(bDKm  
_r2J7&  
再次在CW中输入MC PLOT，得到MC直方图： %*\es7m}  
P LueVz  
'D@-  
FXs*vg`  
&\Amn?Iq  

很好的文章

谢谢楼主分享！！

资料非常不错，必须点赞！