SYNOPSYS 光学设计软件课程六:三阶像差的重要性
}#|2z}! zi_[V@Es/ 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。 e#m1X6$.e 复制以下透镜文件并将其粘贴到EE编辑器中并运行它。 这是一个五片式透镜。 * 2%oZXF RLE K
/ZHJkJ7 ID FIVE-ELEMENT LENS 124 pLJeajv)z WAVL .6562700 .5875600 .4861300 Hi7G/2t@` APS 5 5E.vje{U; UNITS MM _0*=u$~R OBB 0.000000 10.00000 25.40000 -8.63996 0.00000 0.00000 X_!$Pk7ma 25.40000 Hq-v@@0 * MARGIN 1.270000 bx]14}6 BEVEL 0.254001 a^x
0 l 0 AIR yW:AVqE)t 1 RAD 73.9295960000000 TH 12.00000000 T#/ 11M$uQ 1 N1 1.79798347 N2 1.80318130 N3 1.81530119 XJ
_%! 1 GTB S 'LASFN30 ' @M9_j{A 1 EFILE EX1 34.000000 34.000000 34.000000 0.000000 WSSaZ9
= 1 EFILE EX2 34.000000 34.000000 0.000000 ^:U;rHY 2 RAD -263.9335099999995 TH 5.22356650 AIR b2W; |
2 EFILE EX1 34.000000 34.000000 34.000000 Y& m<lnB 3 RAD -81.3505230000000 TH 6.00000000 qWkx:-g] 3 N1 1.83648474 N2 1.84664080 N3 1.87201161 Upu%.[7 3 CTE 0.830000E-05 zM)M_L 3 GTB S 'SF57 ' Yr:>icz| 3 EFILE EX1 31.841015 33.619003 34.000000 0.000000 |:}L<9Sq 3 EFILE EX2 33.365005 33.365005 0.000000 -/1d& 4 RAD 553.8617899999995 TH 19.92504900 AIR r*>QT:sB 4 EFILE EX1 33.365005 33.365005 34.000000 WE7>?H*Ro 5 CV 0.0000000000000 TH 13.18557900 AIR tPA"lBS ! 6 RAD 169.2089400000000 TH 9.00000000 br10ptEx 6 N1 1.67418625 N2 1.67790015 N3 1.68646733 hN!.@L 6 GTB S 'LAKN12 ' sAf9rZt*' 6 EFILE EX1 25.241916 25.241916 25.495917 0.000000 "^!j5fZ 6 EFILE EX2 25.241916 25.241916 0.000000 B piEAwh 7 RAD -83.9867310000000 TH 0.10051658 AIR }&=uZ: 7 EFILE EX1 25.241916 25.241916 25.495917 PaA6Z": 8 RAD 39.2493850000000 TH 34.99484900 @RQ+JYQi 8 N1 1.67418625 N2 1.67790015 N3 1.68646733 %jpH:-8'2 8 GTB S 'LAKN12 ' 0;'j!`l9 8 EFILE EX1 22.063038 22.063038 22.063038 0.000000 +)% ,G@-` 8 EFILE EX2 22.063038 22.063038 0.000000 $2;-q8+ 9 RAD -24.3037950000000 TH 3.00000000 t%
<pbZO 9 N1 1.79607463 N2 1.80516268 N3 1.82772732 qNhH%tYQ 9 CTE 0.810000E-05 JHHb | 9 GTB S 'SF6 ' O#A8t<f|M 9 EFILE EX1 12.935701 12.935701 13.697701 0.000000 1mAUEQ! 9 EFILE EX2 11.336482 13.443700 0.000000
uT#Acg 10 RAD 38.6888290000000 TH 7.79631890 AIR iz,]%<_PE 10 EFILE EX1 11.336482 13.443700 13.697701 5^bh.uF 11 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR 7O]J^H+7 END Au~+Zz|mQ Jx)~kK 让我们制作一个可以有效控制三阶像差的优化MACro。 N;e}dwh& 在EE编辑器中,输入(L6M1.MAC) eUi> Mp PANT ,M| QN* VLIST RAD ALL VLIST TH ALL pW`ntE#L VLIST GLM 1 3 6 8 9 END cu)@P 0I
MYKs??]Y1 AANT 0-6:AHix M 1 1 A FNUM v#{G8'+% M 7.8 1 A BACK &h98.A*& M 0 1 A DELF Zb12:? M 0 1 A SA3 9;}L{yve M 0 1 A CO3 ]t8{)r M 0 1 A TI3 ee4KMS M 0 1 A SI3 7[(Lrx.pM M 0 1 A PETZ r _{)?B M 0 1 A DI3 3U :YA&K( M 0 1 A PAC ^\xCqVk_R M 0 1 A SAC "it`X
B. M 0 1 A PLC ZJiuj! M 0 1 A SLC WV5r$ END "H
wVK ,<R>Hiwg/s SNAP R
(+h)#![ SYNO 30 Nv}U/$$S $%N;d>[U, 该MACro将改变所有设计变量并控制F/number ,离焦和后焦距,并同时以三阶像差校正为零作为目标。 输入VLIST RAD ALL将改变所有半径,VLIST TH ALL将改变所有厚度和空气间隔,本例中我们不建议使用VLIST GLM ALL命令,因为该命令将会改变透镜的材料,在这个例子中,我们必须单独声明表面。 a/wUeW 我们运行这个MACro,得到了一个糟糕的结果! TyxU6<>4J4 我们用命令查看三阶像差 O6*'gnke THIRD tuL\7
(R SYNOPSYS AI>THIRD v9X7-GJ~ xkk@{}J\ ID FIVE-ELEMENT LENS 179 01-JUN-17 13:49:05 cKvAR5| THIRD-ORDER ABERRATION ANALYSIS B]+7 JB FOCAL LENGTH ENT PUP SEMI-APER GAUSS IMAGE HT lo IL{2 50.804 25.400 8.958 ,n
/SDEL IN]`lJ THIRD-ORDER ABERRATION SUMS 60Xl. SPH ABERR COMA TAN ASTIG SAG ASTIG PETZVAL DISTORTION FF~on06! (SA3) (CO3) (TI3) (SI3) (PETZ) (DI3(FR)) wR5\^[GN -9.657E-06 -0.00027 -3.991E-05 -6.235E-06 1.060E-05 -0.00056 yoq\9* ?u^ PARAXIAL CHROMATIC ABERRATION SUMS u&?yPR AX COLOR LAT COLOR SECDRY AX SECDRY LAT WcV\kemf (PAC) (PLC) (SAC) (SLC) (6b?ir ~ -0.00276 -0.00027 0.01062 0.00112 -52@%uB SYNOPSYS AI> KNO*)\
+R{A'Yl[( 结果显示 这些像差非常小。那么初始透镜的像差怎么样? 8gu'dG = ID FIVE-ELEMENT LENS 8.q13t!D 2fHIk57jP THIRD-ORDER ABERRATION ANALYSIS T6/$pJl FOCAL LENGTH ENT PUP SEMI-APER GAUSS IMAGE HT ~#IWM+I 50.800 25.400 8.957 tWCv]* H`+]dXLB THIRD-ORDER ABERRATION SUMS {Kq*5Aq8 SPH ABERR COMA TAN ASTIG SAG ASTIG PETZVAL DISTORTION =DmPPl{ (SA3) (CO3) (TI3) (SI3) (PETZ) (DI3(FR)) ~x+:44* -0.01806 -0.03730 -0.04236 -0.08744 -0.10998 -0.01754
Xv?
S luG023' PARAXIAL CHROMATIC ABERRATION SUMS \pBYWf AX COLOR LAT COLOR SECDRY AX SECDRY LAT wHo#%Y,Nmi (PAC) (PLC) (SAC) (SLC) @vQ;>4 i. -0.01215 0.01518 0.00724 0.00478 n{qa ]3 4:%El+,_Y 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。 kcma/d 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。 fmZzBZ_ 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: M rH%hRV6R SAT COT ACD ACT ECD ECT ESA ECO jiw`i 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。 ATXx?
b8h RLE Wj ID 8-ELEMENT TELEPHOTO 236 L&3Ar' FNAME 'L6L2.RLE ' n'x`oI)- MERIT 0.145212E-01 LOG 236 7DHT)9lD/ WAVL .6562700 .5875600 .4861300 zn?a|kt APS 4 {8>_,z^P) GLOBAL JJbM)B@- vt(}ga UNITS MM >m;|I/2@ OBB 0.000000 5.00000 25.40000 -0.88448 0.00000 0.00000 =`7)X\i@z 25.40000 (`uC"M Lk 0 AIR T^=Ee?e 1 RAD 107.5431718565176 TH 11.00000000 .x-Z+Rs{g 1 N1 1.61726800 N2 1.62040602 N3 1.62755182 =vqE=:X6 1 CTE 0.630000E-05 zYgK$u^H 1 GTB S 'SK16 ' *fuGVA 2 RAD -349.2713337442812 TH 3.00000000 ?[L0LL?ce 2 N1 1.69220502 N2 1.69894060 N3 1.71544645 W&~iO 2 CTE 0.790000E-05 zvQ^f@lq2 2 GTB S 'SF15 ' d@q t%r3; 3 RAD -2.9912862137173E+05 TH 1.00000001 AIR ytBxe] TH 1.00000001 AIR !~$ YD*"S TH 5.00000000 fi-&[llg 5 N1 1.51981155 N2 1.52248493 N3 1.52859442 V;(*\"O 5 CTE 0.820000E-05 =-1^K 5 GTB S 'K5 ' 7]HIE]# 6 RAD -90.4865897926554 TH 1.35282284 AIR DT7-v4Zd 7 RAD -87.2286998720792 TH 3.00000000 q%=7<( w 7 N1 1.61502503 N2 1.62003267 N3 1.63207204 v,x%^gv 0 7 CTE 0.820000E-05 (1r>50Ge 7 GTB S 'F2 ' PUFW^"LV 8 RAD 491.7930148457936 TH 73.15839431 AIR exrt|A]_[ 9 RAD 218.6390525466715 TH 6.00000000 o"+&^ 9 N1 1.61502503 N2 1.62003267 N3 1.63207204 ZC\.};. 9 CTE 0.820000E-05 C{I8Pio{b 9 GTB S 'F2 ' w$_'xX( 10 RAD -99.1627747164714 TH 3.00000000 7yCx !P; 10 N1 1.51981155 N2 1.52248493 N3 1.52859442 Y[8co<p 10 CTE 0.820000E-05 krnk%ug 10 GTB S 'K5 ' oe_[h]Hgl 11 RAD -182.3746109793576 TH 45.48880137 AIR U*+!w@
. 12 RAD -67.5075897018110 TH 3.00000000 LXLIos55S 12 N1 1.61726800 N2 1.62040602 N3 1.62755182 F#37Qv 12 CTE 0.630000E-05 yfw>y=/p 12 GTB S 'SK16 ' 'r?HL;,q 13 RAD -40.7083005956173 TH 7.00000000 H|Fqc=qp 13 N1 1.61502503 N2 1.62003267 N3 1.63207204 a518N*]j 13 CTE 0.820000E-05 ]zR;%p 13 GTB S 'F2 ' Z?!:=x>7m 14 RAD -832.2479524920537 TH 86.31660394 AIR LXEu^F~{u# 14 CV -0.00120156 !&:W1Jkp( 14 UMC -0.10260000 z?) RF[ 14 TH 86.31660394 Qc
=lf$ 14 YMT 0.00000000 *p5T 15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR _R<V8g1f END 0-MasI&b 'FA)LuAok 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。 KL\=:iWA 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: t:j07 ,1~ 1.运行命令THIRD SENS,查看这些参数的当前值。 &T/9yW[L THIRD SENS {4jSj0W ID 8-ELEMENT TELEPHOTO YHv,Z|.w xbH!:R; NORMALIZED 3RD-ORDER ANALYSIS OF TOLERANCE SENSITIVITY xp;8p94 mt6uW+t/ SS OF SA3 BY SURFACE (SAT) = 85.107903 c68$pgG SS OF CO3 BY SURFACE (COT) = 21.404938 % |Gzht\ SS OF CO3/YDC BY SURFACE (ACD) = 0.007657 mbG^fy' SS OF CO3/TILT BY SURFACE (ACT) = 73.889722 :bF2b..XOu SS OF CO3/YDC BY ELEMENT (ECD) = 0.003941 8 P y_Y> SS OF CO3/TILT BY ELEMENT (ECT) = 31.259708 jE5
9h SS OF SA3 BY ELEMENT (ESA) = 1.944190 p){RSq SS OF CO3 BY ELEMENT (ECO) = 0.492351 FZ.Yn n_NG~/x 2.由于我们主要关注中心误差,我们可能会尝试降低ECD的值,即当元件偏心变化时,CO3的变化。 让我们添加到AANT文件(在L6M2.MAC中)的行 (=/L#Yg_ M .001 100 A ECD5 btz3f9 52R.L9Ai 由于ECD已经是一个很小的数字(与列表中的其他数字相比),我们给它一个很高的权重,因此它对评价函数产生了影响。 请记住,我们不能简单地将所有这些值都定为零,因为通常不能设计没有任何像差的透镜元件,并且没有光焦度。 而且,这些量以不明显的方式耦合。 例如,如果减少SAT的值,您可能会发现COT也变小了。 h] TVi$J 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。 X!HSS/' THIRD SENS GQAg
ex)D ID 8-ELEMENT TELEPHOTO {_N(S]Z NORMALIZED 3RD-ORDER ANALYSIS OF TOLERANCE SENSITIVITY SS OF SA3 BY SURFACE (SAT) = 7.027782 ZjbG&oc SS OF CO3 BY SURFACE (COT) = 4.876613 P*=3$-` SS OF CO3/YDC BY SURFACE (ACD) = 0.001649 91Sb=9 SS OF CO3/TILT BY SURFACE (ACT) = 19.621736 0_Z|y/I. SS OF CO3/YDC BY ELEMENT (ECD) = 0.001064 :qKY@-t7H SS OF CO3/TILT BY ELEMENT (ECT) = 8.602740 ZaV66Y> SS OF SA3 BY ELEMENT (ESA) = 0.185606 ?U[nYp}"v SS OF CO3 BY ELEMENT (ECO) = 0.127624 cx%9UK*c ]Lft^,7 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。 iK0J{' M 7 1 A ACT y(BLin!O. wbKBwI5w 透镜视图如下: F&j|Y>m 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。) ba:^zO^ 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。 oa|*-nw 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。 ! { aA*E{ 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。 mP+yjRw 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 ,colGth54 M 0 .1 A SECTION SA3 13 14 fszeJS}Dw X51$5% 并尝试目标和权重直到获得最佳效果。
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