SYNOPSYS 光学设计软件课程六:三阶像差的重要性
(vq0Gl 0w0\TWz* 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。 V
&K:~[ M 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。 *}pl RLE XYJ7k7zc+Y ID FIVE-ELEMENT LENS 124 xWw Qm'I2} WAVL .6562700 .5875600 .4861300 Qi
3di APS 5 K3uNR w UNITS MM \`H"4r[?( OBB 0.000000 10.00000 25.40000 -8.63996 0.00000 0.00000 hL1q9% 25.40000 $\S;f"IM. MARGIN 1.270000 SLzxF uV BEVEL 0.254001 j.? '*?P 0 AIR 6qW/Td|g 1 RAD 73.9295960000000 TH 12.00000000 o"^+ i#H! 1 N1 1.79798347 N2 1.80318130 N3 1.81530119 OLThi[Yn 1 GTB S 'LASFN30 ' %^e~;i=2 1 EFILE EX1 34.000000 34.000000 34.000000 0.000000 ,G";ny[$ 1 EFILE EX2 34.000000 34.000000 0.000000 V'kCd4 2 RAD -263.9335099999995 TH 5.22356650 AIR NQ7j{dJ? 2 EFILE EX1 34.000000 34.000000 34.000000 {fwA=J9%KS 3 RAD -81.3505230000000 TH 6.00000000 C$9+p@G6 3 N1 1.83648474 N2 1.84664080 N3 1.87201161 bPaE;?m 3 CTE 0.830000E-05 8<,b5 3 GTB S 'SF57 ' koiQJdK 3 EFILE EX1 31.841015 33.619003 34.000000 0.000000 @8IYJ{= 3 EFILE EX2 33.365005 33.365005 0.000000 O}4(v # 4 RAD 553.8617899999995 TH 19.92504900 AIR ZG=B'4W 4 EFILE EX1 33.365005 33.365005 34.000000 + 9vd(c 5 CV 0.0000000000000 TH 13.18557900 AIR :lF[k`S T 6 RAD 169.2089400000000 TH 9.00000000 x$G u)S 6 N1 1.67418625 N2 1.67790015 N3 1.68646733 ]:lqbg[J 6 GTB S 'LAKN12 ' >d.o1< 6 EFILE EX1 25.241916 25.241916 25.495917 0.000000 cY%[UK $l 6 EFILE EX2 25.241916 25.241916 0.000000 L0v& m 7 RAD -83.9867310000000 TH 0.10051658 AIR oV4+w_rrLc 7 EFILE EX1 25.241916 25.241916 25.495917 OYcf+p"<\ 8 RAD 39.2493850000000 TH 34.99484900 Y^zL}@ 8 N1 1.67418625 N2 1.67790015 N3 1.68646733 ya!RiHj 8 GTB S 'LAKN12 ' Dj=OUo[[d 8 EFILE EX1 22.063038 22.063038 22.063038 0.000000 HPc7Vo( 8 EFILE EX2 22.063038 22.063038 0.000000 5hNjJqu 9 RAD -24.3037950000000 TH 3.00000000 Q
o}&2m 9 N1 1.79607463 N2 1.80516268 N3 1.82772732 q3+G 9 CTE 0.810000E-05 PQla- 9 GTB S 'SF6 ' P3w]PG@ 9 EFILE EX1 12.935701 12.935701 13.697701 0.000000 JNQiCK,)}M 9 EFILE EX2 11.336482 13.443700 0.000000 5k0r{^#M 10 RAD 38.6888290000000 TH 7.79631890 AIR czMu<@c [ 10 EFILE EX1 11.336482 13.443700 13.697701 h,|49~^@" 11 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ,vfi]_PK END ,2Y PD4 b;wf7~a* 让我们制作一个可以有效控制三阶像差的优化MACro。 DqgYc[UGA 在EE编辑器中,输入(L6M1.MAC) UjmBLXz@T PANT kF:4[d VLIST RAD ALL VLIST TH ALL ENlqoj1 VLIST GLM 1 3 6 8 9 END nC^|83 2o0.ttBAqZ AANT ?k lV;+ M 1 1 A FNUM 2?3D`
` M 7.8 1 A BACK X[L6Av M 0 1 A DELF ~n)!e#p M 0 1 A SA3 Yjv[rH5v M 0 1 A CO3 =NyN.^bwT M 0 1 A TI3 wRgh`Hc\} M 0 1 A SI3 iI_ad7,u M 0 1 A PETZ \3P.G S{l M 0 1 A DI3 {}Y QB'} M 0 1 A PAC @\[UZVmBw M 0 1 A SAC \;0J6LBc M 0 1 A PLC =^.f) M 0 1 A SLC DlB"o. END R|PFGhi6"A 9>qc 1z SNAP [@Hv, SYNO 30 9Y:JA]U&8 B_FfXFQm< 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。 rbP"
n)0= 我们运行这个MACro,得到了一个糟糕的结果! #u8|cs! 我们用命令查看三阶像差 wAHW@q9CK THIRD ()=u#y SYNOPSYS AI>THIRD 7g(,$5 QcyYTg4i ID FIVE-ELEMENT LENS 179 01-JUN-17 13:49:05 4l! ^"=rh THIRD-ORDER ABERRATION ANALYSIS \0%)eJ FOCAL LENGTH ENT PUP SEMI-APER GAUSS IMAGE HT fMjn8. 50.804 25.400 8.958 h.Cr;w,2R .lMIJN&/ THIRD-ORDER ABERRATION SUMS b* 4[)Yg4 SPH ABERR COMA TAN ASTIG SAG ASTIG PETZVAL DISTORTION "65@8xt== (SA3) (CO3) (TI3) (SI3) (PETZ) (DI3(FR)) n7~!klF- -9.657E-06 -0.00027 -3.991E-05 -6.235E-06 1.060E-05 -0.00056 6l|pTyb1 PARAXIAL CHROMATIC ABERRATION SUMS l6b3i
v, AX COLOR LAT COLOR SECDRY AX SECDRY LAT hw`+,_ g (PAC) (PLC) (SAC) (SLC) .Z=D|&! -0.00276 -0.00027 0.01062 0.00112 fo])=KM SYNOPSYS AI> /p~Wk4' XcJ'w 结果显示 这些像差非常小。那么初始透镜的像差怎么样? K~nk:}3Ui ID FIVE-ELEMENT LENS ;^)(q<] y6KI.LWR9 THIRD-ORDER ABERRATION ANALYSIS b&u o^G, FOCAL LENGTH ENT PUP SEMI-APER GAUSS IMAGE HT <wwcPe} 50.800 25.400 8.957 M 7j0&>NTG jREj]V> THIRD-ORDER ABERRATION SUMS 5q[0;`J SPH ABERR COMA TAN ASTIG SAG ASTIG PETZVAL DISTORTION A3%s5`vNvH (SA3) (CO3) (TI3) (SI3) (PETZ) (DI3(FR)) Ij>x3L\- -0.01806 -0.03730 -0.04236 -0.08744 -0.10998 -0.01754 VNx|nP& }?B=R#5 PARAXIAL CHROMATIC ABERRATION SUMS xw-x<7 AX COLOR LAT COLOR SECDRY AX SECDRY LAT i70TJk$fs (PAC) (PLC) (SAC) (SLC) _%Ay\4H^\ -0.01215 0.01518 0.00724 0.00478 iqCKVo7:M E^S[8= 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。 wC@5[e$ 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。 VXvr`U\ 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: Sc
"J5^ SAT COT ACD ACT ECD ECT ESA ECO :<d\//5<9 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。 ~o`I[-g) RLE {HeIY2 ID 8-ELEMENT TELEPHOTO 236 gkS#=bv9e@ FNAME 'L6L2.RLE ' \ief [ MERIT 0.145212E-01 LOG 236 =%AFn9q WAVL .6562700 .5875600 .4861300 5@0c@Q APS 4 MO _9Yi GLOBAL dtF6IdAf 2Cr+Z(f UNITS MM >hQR OBB 0.000000 5.00000 25.40000 -0.88448 0.00000 0.00000 `/ HygC6 25.40000 1Rczf (,aT 0 AIR Gi<f/xQk> 1 RAD 107.5431718565176 TH 11.00000000 (XW#,=rYk 1 N1 1.61726800 N2 1.62040602 N3 1.62755182 L1F){8[ 1 CTE 0.630000E-05 sm_:M| [D 1 GTB S 'SK16 ' qS2%U?S7 2 RAD -349.2713337442812 TH 3.00000000 =pk'a_P8- 2 N1 1.69220502 N2 1.69894060 N3 1.71544645 R(zsn; 2 CTE 0.790000E-05 ItRGq 2 GTB S 'SF15 ' i44:VR| 3 RAD -2.9912862137173E+05 TH 1.00000001 AIR ]$L[3qA. TH 1.00000001 AIR 26Yg?:kP TH 5.00000000 }2\"(_ 5 N1 1.51981155 N2 1.52248493 N3 1.52859442 B"qG-ci 5 CTE 0.820000E-05 4;*V^\',9
5 GTB S 'K5 ' zu^ AkMc 6 RAD -90.4865897926554 TH 1.35282284 AIR yq<YGNy! 7 RAD -87.2286998720792 TH 3.00000000 r!M2H{ 7 N1 1.61502503 N2 1.62003267 N3 1.63207204 VLO>{"{' 7 CTE 0.820000E-05 lp9<j1Wl 7 GTB S 'F2 ' bkM$ Qo 8 RAD 491.7930148457936 TH 73.15839431 AIR w+MdQ@'5 9 RAD 218.6390525466715 TH 6.00000000 I}q-J~s 9 N1 1.61502503 N2 1.62003267 N3 1.63207204 -
a=yid 9 CTE 0.820000E-05 G{"1I 9 GTB S 'F2 ' TtvS|09p; 10 RAD -99.1627747164714 TH 3.00000000 MO D4O4z& 10 N1 1.51981155 N2 1.52248493 N3 1.52859442 -0]aOT-- 10 CTE 0.820000E-05 b9YpUm7# 10 GTB S 'K5 ' }Sh-4:-D 11 RAD -182.3746109793576 TH 45.48880137 AIR >u4e:/5] 12 RAD -67.5075897018110 TH 3.00000000 uVk8KMYU 12 N1 1.61726800 N2 1.62040602 N3 1.62755182 _4W#6! 12 CTE 0.630000E-05 z=fag'fzM 12 GTB S 'SK16 ' iY($O/G[+ 13 RAD -40.7083005956173 TH 7.00000000 yp4G"\hN9 13 N1 1.61502503 N2 1.62003267 N3 1.63207204 ryT8*}o 13 CTE 0.820000E-05 4ku /3/6 13 GTB S 'F2 ' C=]3NB>Jc 14 RAD -832.2479524920537 TH 86.31660394 AIR e56#Qb@$\ 14 CV -0.00120156 o2|(0uN' 14 UMC -0.10260000 Stc\P]%d 14 TH 86.31660394 3K{8sFDO 14 YMT 0.00000000 NV gLq@F 15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR };j&)M END HUghl2L.< "a
g_ 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。 }ot _k- 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: 9?:S:Sq 1.运行命令THIRD SENS,查看这些参数的当前值。 vqs~a7E-P THIRD SENS gP<_DEd^` ID 8-ELEMENT TELEPHOTO wY95|QS [v`4OQF/ NORMALIZED 3RD-ORDER ANALYSIS OF TOLERANCE SENSITIVITY w|HZI,~ br;G5^j3? SS OF SA3 BY SURFACE (SAT) = 85.107903 $ {+.1"/[ SS OF CO3 BY SURFACE (COT) = 21.404938 Lm?*p>\Q SS OF CO3/YDC BY SURFACE (ACD) = 0.007657 gctaarB& SS OF CO3/TILT BY SURFACE (ACT) = 73.889722 y#0w\/< SS OF CO3/YDC BY ELEMENT (ECD) = 0.003941 g@2.A;N0 SS OF CO3/TILT BY ELEMENT (ECT) = 31.259708 R\}YD* SS OF SA3 BY ELEMENT (ESA) = 1.944190 AH`15k_i SS OF CO3 BY ELEMENT (ECO) = 0.492351 *p3P\ H^5 9X%Klm 5w 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 (2li:1j M .001 100 A ECD5 OGFKc# LC{hoq\ 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。 CwvNxH#LVu 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。 Q7r,5w&cm THIRD SENS ~D5MAEazS ID 8-ELEMENT TELEPHOTO !_) ^bRd NORMALIZED 3RD-ORDER ANALYSIS OF TOLERANCE SENSITIVITY SS OF SA3 BY SURFACE (SAT) = 7.027782 ~Z2eQx
jtM SS OF CO3 BY SURFACE (COT) = 4.876613 d]3sC SS OF CO3/YDC BY SURFACE (ACD) = 0.001649 @"8QG^q8de SS OF CO3/TILT BY SURFACE (ACT) = 19.621736 ? st#6=M SS OF CO3/YDC BY ELEMENT (ECD) = 0.001064 Elp!,(+&6 SS OF CO3/TILT BY ELEMENT (ECT) = 8.602740 b0X[x{k" SS OF SA3 BY ELEMENT (ESA) = 0.185606 Z-|C{1}A SS OF CO3 BY ELEMENT (ECO) = 0.127624 .LhmYbQ2WE !P$xh 即使我们只针对其中一个(ECD),请注意所有值都已更改。 该透镜的公差列于上表中的情况A.。显然,现在的公差要宽松得多,尽管这对制造商来说仍然是一个挑战。 让我们再试一试。 这次我们将ACT的值定为7.0,即标称值的1/10。 X t =bc M 7 1 A ACT [MS.5+1Y =LxmzQO# 透镜视图如下: 3(+#^aw 公差列在上面的案例B中。 对于一些公差来说,这可能是更好的预估。 (我们忽略了本课程的可制造性问题:某些元件太薄,应该使用ACM监视器进行控制。) \NU[DHrMP 您选择控制的数量取决于您想要影响的公差。 例如,空气间隔的公差可以响应对ESA数量的控制。 另一方面,透镜厚度公差可能对SAT更好地响应。 您必须了解您的透镜,并尝试使用这些工具,以找到最佳目标和最佳BTOL预估。 l*Ei7 |Z 有时这些量的作用是增加评价函数。 通常这不是一个好主意,因为如果像质变得更糟,公差通常会变得更紧。 但是,本课中工具的放松效果有时会超过这种效果,无论如何都会使公差更加宽松。 当然,这只能在一定程度范围之内,如果评价函数太大,你的评价函数应该要求一个要求较低的值。 ]5fM?: <l 我们无法保证任何这些像差目标在任何特定情况下都能起作用,但经验表明它们肯定值得一试。 您的公差可以放宽2到10倍。 }yw;L(3 最后,我们提到控制单个元件灵敏度的另一种非常有效的方法是使用SECTION像差。 虽然本课程中讨论的数量适用于所有表面或元件,因此非常易于使用,但SECTION像差仅适用于您指定的表面范围。 如果一个元件仍然被分配了一个非常紧的中心公差,即使你尝试了本节中给出的目标 - 如果某些元件的公差变得更宽松但问题元件的公差变得更紧,可能会发生这种情况 - 你可能只控制那个含彗差或球差的元件。 这使您可以精确控制所需的像差,并且通常值得采取额外步骤。 例如,如果表面13和14处的元件非常敏感,您可以尝试 Jt6J'MOq M 0 .1 A SECTION SA3 13 14 sK0VT"7K 4P!DrOB 并尝试目标和权重直到获得最佳效果。
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