首页 -> 登录 -> 注册 -> 回复主题 -> 发表主题
光行天下 -> SYNOPSYS -> SYNOPSYS 光学设计软件课程六:三阶像差的重要性 [点此返回论坛查看本帖完整版本] [打印本页]

optics1210 2018-08-20 15:29

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 xWwQm'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 h L 1q9%  
    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 NQ7 j{dJ?  
            2    EFILE EX1    34.000000    34.000000    34.000000 {fwA=J9%KS  
            3    RAD    -81.3505230000000    TH    6.00000000 C$9+p@G6  
            3    N1 1.83648474 N2 1.84664080 N3 1.87201161 bPaE;?m  
            3    CTE    0.830000E-05 8<,b5  
            3    GTB S    'SF57    ' koi QJdK  
            3    EFILE EX1    31.841015    33.619003    34.000000    0.000000 @8IY J{=  
            3    EFILE EX2    33.365005    33.365005    0.000000 O}4(v#  
            4    RAD    553.8617899999995    TH    19.92504900 AIR ZG=B'4W  
            4    EFILE EX1    33.365005    33.365005    34.000000 + 9vd(c  
            5    CV    0.0000000000000    TH    13.18557900 AIR :lF[k`S T  
            6    RAD    169.2089400000000    TH    9.00000000 x$Gu)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 PQl a-  
            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 P D4  
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 EN lqoj1  
    VLIST GLM 1 3 6 8 9 END nC^|83  
2o0.ttBAqZ  
    AANT ?klV;+  
    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.GS{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>qc1z  
    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(,$5  
QcyYTg4i  
    ID FIVE-ELEMENT LENS    179    01-JUN-17    13:49:05 4l! ^"=rh  
    THIRD-ORDER ABERRATION ANALYSIS \0%)eJ  
    FOCAL LENGTH    ENT PUP SEMI-APER    GAUSS IMAGE HT fM jn8.  
            50.804            25.400        8.958 h.Cr;w,2R  
.lMIJN&/  
    THIRD-ORDER ABERRATION SUMS b*4[)Yg4  
    SPH ABERR        COMA    TAN ASTIG    SAG ASTIG    PETZVAL DISTORTION "65@8xt==  
          (SA3)        (CO3)        (TI3)        (SI3)        (PETZ)    (DI3(FR)) n7~!klF-  
    -9.657E-06    -0.00027 -3.991E-05 -6.235E-06    1.060E-05    -0.00056 6l|pTyb1  
    PARAXIAL CHROMATIC ABERRATION SUMS l6b3i v,  
    AX COLOR     LAT COLOR   SECDRY AX   SECDRY LAT hw`+,_ g  
    (PAC)          (PLC)      (SAC)        (SLC) .Z=D|&!  
    -0.00276      -0.00027      0.01062      0.00112 f o])=KM  
    SYNOPSYS AI>
/p~Wk4'  
XcJ'w  
结果显示 这些像差非常小。那么初始透镜的像差怎么样?
K~nk:}3Ui  
    ID FIVE-ELEMENT LENS ;^)(q<]  
y6KI.LWR9  
    THIRD-ORDER ABERRATION ANALYSIS b&uo^G,  
    FOCAL LENGTH    ENT PUP SEMI-APER    GAUSS IMAGE HT <wwcPe}  
        50.800                   25.400    8.957 M 7j0&>NTG  
jREj]V>  
    THIRD-ORDER ABERRATION SUMS 5q[0;`J  
        SPH ABERR        COMA    TAN ASTIG    SAG ASTIG    PETZVAL DISTORTION A3%s5`vNvH  
            (SA3)       (CO3)        (TI3)        (SI3)        (PETZ)    (DI3(FR)) Ij>x3L\-  
        -0.01806    -0.03730    -0.04236    -0.08744    -0.10998    -0.01754 VNx|nP&  
}?B=R#5  
    PARAXIAL CHROMATIC ABERRATION SUMS xw-x<7  
        AX COLOR    LAT COLOR   SECDRY AX   SECDRY LAT i70TJk$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
SAT表面对球差的贡献的平方和SA3。
COT表面对慧差贡献的平方和CO3。
ACD每个表面偏心时CO3变化量的平方和。
ACT每个表面倾斜时CO3变化量的平方和。
ECD每种元件偏心时CO3变化量的平方和。
ECT每个元件倾斜时CO3变化量的平方和。
ESA元件对球差的贡献的平方和SA3。
ECO元件对慧差贡献的平方和CO3。
:<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 {H eIY2  
    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_P 8-  
        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=yi d  
        9 CTE    0.820000E-05 G{"1  I  
        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 b9Y pUm7#  
        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($O/G[+  
        13 RAD    -40.7083005956173    TH    7.00000000 yp4G"\hN9  
        13 N1 1.61502503 N2 1.62003267 N3 1.63207204 ry T8*}o  
        13 CTE    0.820000E-05 4ku/3/ 6  
        13    GTB S    'F2    ' C=]3NB>Jc  
        14 RAD    -832.2479524920537    TH    86.31660394 AIR e56#Qb@$\  
        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。
 3 TH6 wedge7 tilt5 YDC7 YDC9 YDC12 YDC
Nominal0.0340.23 min0.24 min.0.00420.00340.00530.0086
Case A0.0910.670.420.0110.0090.0110.011
Case B0.1120.870.890.0150.0180.0250.014
}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。
vq s~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。
Xt =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。 ]5f M?:<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。

查看本帖完整版本: [-- SYNOPSYS 光学设计软件课程六:三阶像差的重要性 --] [-- top --]

Copyright © 2005-2026 光行天下 蜀ICP备06003254号-1 网站统计