本系列共三篇文章,旨在介绍如何使用 SYNOPSYS 的界面进行操作。本文以单
透镜为例,介绍了设计透镜的基本过程,包括构建
系统(第一部分)、分析其性能(第二部分),以及根据所需的指标和设计约束对其进行
优化(第三部分)。
F)fCj^zL Qm9r>m6p@N 简介
: jgvg$fd 这是由三篇文章组成的系列文章的第2部分。介绍了系统的布局图 (Layout),给出了系统的可视化表示,然后重点对点列图 (Spot Diagram)、光程差图 (OPD Fan) 和
光线光扇图 (Ray Fan) 进行了分析,对系统的
像差进行了评价,还解释了如何使用快速聚焦工具 (Quick Focus tool) 来更好地定位像面的位置。 在第一部分, 将讨论在 SYNOPSYS 中如何建立单透镜的三种方法。在第三部分,将讨论如何优化单透镜,在设计约束下获得更好的性能。本部分主要介绍了如何分析单透镜的性能。
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RB>X 在优化之前评估系统性能
E2.@zY|: SYNOPSYS 中包含了许多不同的分析功能,每个功能都可以用来评估设计的性能。在此次练习中,将使用四种更基本、更常见的系统性能分析功能来评估优化之前的单透镜:
Q\H1=8 ;MSdTHN" 点列图 (Spot Diagram)、光程差图 (OPD Fan) 和光线光扇图 (Ray Fan) 是透镜设计者用来确定
光学系统中存在的不同类型和不同程度像差的最重要的工具。
~|y$^qy?U 基于我们目前所搭建的设计,打开以上的每一个分析窗口来回顾当前
镜头的性能。镜头文件“single lens.RLE”的 PAD 如下图所示,其他图形是点列图 (Spot Diagram)、光程差图 (OPD Fan) 和光线光扇图 (Ray Fan)。
_#f+@)vR ?a)X)#lQ 从以上四个图的评估中可以明显看出,单透镜设计有大量的像差,包括但不限于球差、彗差、畸变、离焦、场曲和像散。此外,根据下面点列图底部的数据可以看出,最大
视场的 RMS 半径为: 307.302μm 。
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使用快速聚焦工具
Oe#*- j%w}hGW%, =yT3#A~<G 从四个分析功能给出的结果可以看出,单透镜在此时的性能肯定不是最优的。性能相当差的一个重要因素是像面位置的随机选择。从上面的布局图 (Layout) 来看,当前选择的像面并没有处于“最佳焦点”。
k&JB,d-mJ% Cd Bsd 即使在优化之前,也可以使用 SYNOPSYS 中的工具来更好地定位当前像面的位置。该工具称为 RMS 聚焦 (Quick Focus)。RMS 聚焦是 SYNOPSYS 的一个功能,它可以调整像面之前表面的厚度,以使 RMS 像差最小。
SynL%Y9)|, WA'4y\ N 可以通过选择像质分析 (Image Analysis) > RMS(RMS) > RMS 聚焦 (RMS focusing) 打开快速聚焦对话框。选择所要聚焦的
波长和视场,进行聚焦分析。
4?eO1=a tccw0 <[*%d~92z LgG7|\(- 单击运行 FOCUS 并关闭快速聚焦对话框。
F+!w[}0 L>trLD1pt 在命令窗口输入 RMS P 1 600 0 0,可以查看1视场的 RMS 光斑大小。仅仅由于像面位置的改变,您就可以看到性能有相当大的变化。最重要的是,最大视场的 RMS 半径减小了近一半。
R=7,F6. adCTo *8I+D>x 尽管设计比以前好,但仍有改进的空间。在如何设计单透镜,第三部分:优化,将解释如何设置和执行系统优化,使其达到更好的性能。