SYNOPSYS 光学设计软件课程六：三阶像差的重要性
2X*epU_1h
jV <LmVcZY
很多镜头设计初学者和许多镜头设计师都认为，像差必须得到很好的控制。 他们只说对了一部分 - 但这些要求总是指三阶像差，但如果要求三阶像差都为零。 这是不明智的。 BKD Wd]KEf
复制以下透镜文件并将其粘贴到EE编辑器中并运行它。 这是一个五片式透镜。 #e|eWi>
RLE gIRCJ=e[b
ID FIVE-ELEMENT LENS 124 AGv;8'`
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 BMd r.0
APS 5 ;zCHEz
UNITS MM +$UfP(XmH
OBB 0.000000 10.00000 25.40000 -8.63996 0.00000 0.00000 VtK N{sSnu
25.40000 ?DRC!
9o^
MARGIN 1.270000 t&&OhH K
BEVEL 0.254001 "|Pl(H X
0 AIR #ERn 8k
1 RAD 73.9295960000000 TH 12.00000000 P\M+Z A ;
1 N1 1.79798347 N2 1.80318130 N3 1.81530119 cYp}$
1 GTB S 'LASFN30 ' 'sA&Pm
1 EFILE EX1 34.000000 34.000000 34.000000 0.000000 K&X'^|en
1 EFILE EX2 34.000000 34.000000 0.000000 JNu - z:J
2 RAD -263.9335099999995 TH 5.22356650 AIR 5sE^M S1
2 EFILE EX1 34.000000 34.000000 34.000000 G{"1 I
3 RAD -81.3505230000000 TH 6.00000000 y&CUT:M6
3 N1 1.83648474 N2 1.84664080 N3 1.87201161 %/^d]#
3 CTE 0.830000E-05 -0]aOT--
3 GTB S 'SF57 ' b9Y pUm7#
3 EFILE EX1 31.841015 33.619003 34.000000 0.000000 D~y]d
3 EFILE EX2 33.365005 33.365005 0.000000 >u4e:/ 5]
4 RAD 553.8617899999995 TH 19.92504900 AIR uVk8KMYU
4 EFILE EX1 33.365005 33.365005 34.000000 _ 4W#6!
5 CV 0.0000000000000 TH 13.18557900 AIR -m @s
9k
6 RAD 169.2089400000000 TH 9.00000000 /Mk) H
d
6 N1 1.67418625 N2 1.67790015 N3 1.68646733 UP`q6] P
6 GTB S 'LAKN12 ' ;+jp,( 7
6 EFILE EX1 25.241916 25.241916 25.495917 0.000000 =&p bh
6 EFILE EX2 25.241916 25.241916 0.000000 g|zK%tR_P
7 RAD -83.9867310000000 TH 0.10051658 AIR OP&[5X+Y
7 EFILE EX1 25.241916 25.241916 25.495917 68!]q(!6F
8 RAD 39.2493850000000 TH 34.99484900 Cn55%:
8 N1 1.67418625 N2 1.67790015 N3 1.68646733 ]lo1Kw
8 GTB S 'LAKN12 ' 4w?7AI]Ej
8 EFILE EX1 22.063038 22.063038 22.063038 0.000000 g}D$`Nx:
8 EFILE EX2 22.063038 22.063038 0.000000 |HEw~x <=
9 RAD -24.3037950000000 TH 3.00000000 N\fT6#5B
9 N1 1.79607463 N2 1.80516268 N3 1.82772732 H|Nw)*.
9 CTE 0.810000E-05 IN"vi|1
9 GTB S 'SF6 ' \1Bgs^
9 EFILE EX1 12.935701 12.935701 13.697701 0.000000 "4`%N A
9 EFILE EX2 11.336482 13.443700 0.000000 K+}Z6 _:
10 RAD 38.6888290000000 TH 7.79631890 AIR toWmm(7v
10 EFILE EX1 11.336482 13.443700 13.697701 ;FmSL#]I
11 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR d "78:+
END gfYB|VyWo
_R<HC
让我们制作一个可以有效控制三阶像差的优化MACro。 42u\Y_^ID
在EE编辑器中，输入（L6M1.MAC） ! lF^~x
PANT n1t(ns|
VLIST RAD ALL VLIST TH ALL ypd?mw&1}
VLIST GLM 1 3 6 8 9 END | rvr Sab)
LnDj
AANT V9 VP"kD
M 1 1 A FNUM 1FJ[_ l
M 7.8 1 A BACK $imx-H`|
M 0 1 A DELF 64lEB>VNm
M 0 1 A SA3 E8i:ER $$7
M 0 1 A CO3 {X$Mwqhpp;
M 0 1 A TI3 ,
.I^ekF
M 0 1 A SI3 f*],j
M 0 1 A PETZ =5`@:!t7
M 0 1 A DI3 q(7D8xG;F
M 0 1 A PAC ?a%i|Z7!
M 0 1 A SAC @QG1\W'
M 0 1 A PLC {H V,2-z
M 0 1 A SLC &[RU.Q!_H
END f
99PwE(=
&w0=/G/T=~
SNAP Elp!,(+&6
SYNO 30 As|/
O7%
Z-| C{1}A
该MACro将改变所有设计变量并控制F/number ，离焦和后焦距，并同时以三阶像差校正为零作为目标。 输入VLIST RAD ALL将改变所有半径，VLIST TH ALL将改变所有厚度和空气间隔，本例中我们不建议使用VLIST GLM ALL命令，因为该命令将会改变透镜的材料，在这个例子中，我们必须单独声明表面。 .LhmYbQ2WE
我们运行这个MACro，得到了一个糟糕的结果！ !P$xh
我们用命令查看三阶像差 X t =bc
THIRD [M S.5+1Y
SYNOPSYS AI>THIRD jyhzLu
uw= Ube(
ID FIVE-ELEMENT LENS 179 01-JUN-17 13:49:05 \NU [DHrMP
THIRD-ORDER ABERRATION ANALYSIS l*Ei7 |Z
FOCAL LENGTH ENT PUP SEMI-APER GAUSS IMAGE HT ^ kvH/ Y&
50.804 25.400 8.958 qJU )d
+
nS/jW
THIRD-ORDER ABERRATION SUMS XL^N5
SPH ABERR COMA TAN ASTIG SAG ASTIG PETZVAL DISTORTION ^gzNP#A<'o
(SA3) (CO3) (TI3) (SI3) (PETZ) (DI3(FR)) 1omvE9
%zM
-9.657E-06 -0.00027 -3.991E-05 -6.235E-06 1.060E-05 -0.00056 V^I /nuy
PARAXIAL CHROMATIC ABERRATION SUMS t3$gwO$
AX COLOR LAT COLOR SECDRY AX SECDRY LAT J ~3T8e#
(PAC) (PLC) (SAC) (SLC) "5:f{GfO#v
-0.00276 -0.00027 0.01062 0.00112 k{jw% a<Sc
SYNOPSYS AI> 4QAIQQ S
2nkj;x{H$
结果显示 这些像差非常小。那么初始透镜的像差怎么样？ ~[TKVjyO
ID FIVE-ELEMENT LENS jHH
"GI&S% F
THIRD-ORDER ABERRATION ANALYSIS WgJAr73
l
FOCAL LENGTH ENT PUP SEMI-APER GAUSS IMAGE HT @z)tC@
50.800 25.400 8.957 ZT8J i?_n
1lyOp
THIRD-ORDER ABERRATION SUMS { $/Fk6qr
SPH ABERR COMA TAN ASTIG SAG ASTIG PETZVAL DISTORTION F9P 0cGDs
(SA3) (CO3) (TI3) (SI3) (PETZ) (DI3(FR)) nF nF _
-0.01806 -0.03730 -0.04236 -0.08744 -0.10998 -0.01754 Hu8atlpo
d[e: }1
PARAXIAL CHROMATIC ABERRATION SUMS k(z<Bm
AX COLOR LAT COLOR SECDRY AX SECDRY LAT Z,!Xxv;4
(PAC) (PLC) (SAC) (SLC) 1 {x~iZa
-0.01215 0.01518 0.00724 0.00478 ASZ5;N4u
yj'' \
这些像差要大得多 - 但初始透镜性能要好得多！ 所以在像差平衡方面，不要试图将像差校正到极端状态。 ;K\N
一般人们在设计透镜时，通常只关心两件事：图像是否清晰，是否在正确的位置。 H! r
Kz
然而，这些三阶像差在降低公差敏感度上有很重要的作用。 这是因为，当透镜制造偏差越大，三阶像差变化最快。 因此，我们定义了一组可以放入AANT文件的八个定义像差的命令： *rcuhw"^b#
SAT COT ACD ACT ECD ECT ESA ECO w2N3+Tkg
以下是如何使用这些像差来放宽透镜公差的示例。 我们优化了下面所示的透镜，并以目标波前权重0.05运行BTOL。 U@J/
RLE 4Sstg57x~
ID 8-ELEMENT TELEPHOTO 236 ]Wd`GI
FNAME 'L6L2.RLE ' )^f9[5ee
MERIT 0.145212E-01 LOG 236 9LO.8Jy
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 o1X/<.0+
APS 4 &1 E~ \8U
GLOBAL `bZU&A(`Be
6!%d-Z7)
UNITS MM @=NVOJy}c
OBB 0.000000 5.00000 25.40000 -0.88448 0.00000 0.00000 E[3FdX8
25.40000 2r}uE\GN
0 AIR NnLhJPh
1 RAD 107.5431718565176 TH 11.00000000 )yNw2+ ~5
1 N1 1.61726800 N2 1.62040602 N3 1.62755182 6+ $d
1 CTE 0.630000E-05 dD^_^'i
1 GTB S 'SK16 ' Uty(sDtu
2 RAD -349.2713337442812 TH 3.00000000 >! Ap/{2
2 N1 1.69220502 N2 1.69894060 N3 1.71544645 {nPkb5xbW
2 CTE 0.790000E-05 RUk<=! U
2 GTB S 'SF15 ' `@$"L/AJ
3 RAD -2.9912862137173E+05 TH 1.00000001 AIR Z0" &
TH 1.00000001 AIR $}^\=p}X
TH 5.00000000 F7Dc!JNa
5 N1 1.51981155 N2 1.52248493 N3 1.52859442 a\&(Ua
5 CTE 0.820000E-05 RZd4(7H=q
5 GTB S 'K5 ' p_5>?[TW:
6 RAD -90.4865897926554 TH 1.35282284 AIR I#S~
7 RAD -87.2286998720792 TH 3.00000000 O~#uQm
7 N1 1.61502503 N2 1.62003267 N3 1.63207204 J[<pZ
[
7 CTE 0.820000E-05 n4v Xm
7 GTB S 'F2 ' +(<n |~
8 RAD 491.7930148457936 TH 73.15839431 AIR p&OJa$N$[
9 RAD 218.6390525466715 TH 6.00000000 ) _9e@ ~,
9 N1 1.61502503 N2 1.62003267 N3 1.63207204 ST:
v3*
9 CTE 0.820000E-05 h nsa)@
9 GTB S 'F2 ' s -GleX<
10 RAD -99.1627747164714 TH 3.00000000 @cu }3>
10 N1 1.51981155 N2 1.52248493 N3 1.52859442 kj{rk^x
10 CTE 0.820000E-05 //X e*0
10 GTB S 'K5 ' uXQ7eXX
11 RAD -182.3746109793576 TH 45.48880137 AIR xxLgC;>[
12 RAD -67.5075897018110 TH 3.00000000 KkdG. c'
12 N1 1.61726800 N2 1.62040602 N3 1.62755182 MdV CD^B
12 CTE 0.630000E-05 vn0cKz@
12 GTB S 'SK16 ' hi {2h04
13 RAD -40.7083005956173 TH 7.00000000 Z SF=
13 N1 1.61502503 N2 1.62003267 N3 1.63207204 |5O >>a()
13 CTE 0.820000E-05 Y8 J ;+h9
13 GTB S 'F2 ' :7$\ X[
14 RAD -832.2479524920537 TH 86.31660394 AIR nE]~E xr
14 CV -0.00120156 iHE0N6%q
14 UMC -0.10260000 *R_' $+
14 TH 86.31660394 *Z]5!$UpC
14 YMT 0.00000000 FXOT+ 9bg
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR Gut J_2f^9
END /<(*/P,>
$[M} K
一些公差降低得非常快速，如下表所示，其中标称数据是针对此透镜的。 y wW-p .
将透镜位置保持公差很紧导致制造成本将会很昂贵。（看看表面7上的中心公差。）所以我们按如下方式进行： A*7Io4e!
1.运行命令THIRD SENS，查看这些参数的当前值。 qJ{r!NJJ
8
THIRD SENS <qbZG}u
ID 8-ELEMENT TELEPHOTO 8!u/
E8T"{
R80
NORMALIZED 3RD-ORDER ANALYSIS OF TOLERANCE SENSITIVITY )(h&Q?
Ar
9RG\UbX)^|
SS OF SA3 BY SURFACE (SAT) = 85.107903 /h?<MI\7V
SS OF CO3 BY SURFACE (COT) = 21.404938 v>#Cg \
SS OF CO3/YDC BY SURFACE (ACD) = 0.007657 v !< PDw2'
SS OF CO3/TILT BY SURFACE (ACT) = 73.889722 O`wYMng)
SS OF CO3/YDC BY ELEMENT (ECD) = 0.003941 jIAW-hc]
SS OF CO3/TILT BY ELEMENT (ECT) = 31.259708 2
) TG
SS OF SA3 BY ELEMENT (ESA) = 1.944190 C rnB{Z4L
SS OF CO3 BY ELEMENT (ECO) = 0.492351 hAV2F #
4R& *&GZ#
2.由于我们主要关注中心误差，我们可能会尝试降低ECD的值，即当元件偏心变化时，CO3的变化。 让我们添加到AANT文件（在L6M2.MAC中）的行 x @1px&^
M .001 100 A ECD5 KI E k/]<H
-W|*fKN`3
由于ECD已经是一个很小的数字（与列表中的其他数字相比），我们给它一个很高的权重，因此它对评价函数产生了影响。 请记住，我们不能简单地将所有这些值都定为零，因为通常不能设计没有任何像差的透镜元件，并且没有光焦度。 而且，这些量以不明显的方式耦合。 例如，如果减少SAT的值，您可能会发现COT也变小了。 98ca[.ui
你不能给他们各自分配一个独立的值，并期望程序可以自己找到这样的组合。 因此，明智的做法是一次一个地进行，直到找到最适合您透镜的参数。 在这个例子中，控制ECD的值，即可得到透镜。 Ey r5jXt%;
THIRD SENS N4I^.k<-A
ID 8-ELEMENT TELEPHOTO P['X<Xt8
NORMALIZED 3RD-ORDER ANALYSIS OF TOLERANCE SENSITIVITY SS OF SA3 BY SURFACE (SAT) = 7.027782 jZX Vsd
SS OF CO3 BY SURFACE (COT) = 4.876613 GN\8 
