SYNOPSYS 光学设计软件课程六:三阶像差的重要性
QQ%D8$k" 'n{Nvt.c 很多镜头设计初学者和许多镜头设计师都认为,像差必须得到很好的控制。 他们只说对了一部分 - 但这些要求总是指三阶像差,但如果要求三阶像差都为零。 这是不明智的。 >.Chl$)< 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。 !nqUBa RLE /qMG=Z ID FIVE-ELEMENT LENS 124 +ln9c WAVL .6562700 .5875600 .4861300 Huy5-[)15 APS 5 S=5<^o^h3 UNITS MM o)Iff)m$ OBB 0.000000 10.00000 25.40000 -8.63996 0.00000 0.00000 )U~=Pf" 25.40000 1n=lqn/ MARGIN 1.270000 8$")%_1] BEVEL 0.254001 S?> HD| Z 0 AIR f%SZg!+t 1 RAD 73.9295960000000 TH 12.00000000 s3~lT. 1 N1 1.79798347 N2 1.80318130 N3 1.81530119 XRcq hv 1 GTB S 'LASFN30 ' sx7eC 1 EFILE EX1 34.000000 34.000000 34.000000 0.000000 'C`U"I 1 EFILE EX2 34.000000 34.000000 0.000000 S)cLW~=z 2 RAD -263.9335099999995 TH 5.22356650 AIR aoTM 2 EFILE EX1 34.000000 34.000000 34.000000 1,6}_MA 3 RAD -81.3505230000000 TH 6.00000000 wG~`[>y ( 3 N1 1.83648474 N2 1.84664080 N3 1.87201161 =y
[M\m 3 CTE 0.830000E-05 igkYX!0#8O 3 GTB S 'SF57 ' M$y+q
^ 3 EFILE EX1 31.841015 33.619003 34.000000 0.000000 (zgW%{V@ 3 EFILE EX2 33.365005 33.365005 0.000000 LgKaPg$ 4 RAD 553.8617899999995 TH 19.92504900 AIR iL7DRQ1 4 EFILE EX1 33.365005 33.365005 34.000000 n!NS(.o 5 CV 0.0000000000000 TH 13.18557900 AIR 4 8:>NW 6 RAD 169.2089400000000 TH 9.00000000 `7[EKOJ3g 6 N1 1.67418625 N2 1.67790015 N3 1.68646733 G}:w@}h/ 6 GTB S 'LAKN12 ' gbI^2=YT' 6 EFILE EX1 25.241916 25.241916 25.495917 0.000000
8cU}I4| 6 EFILE EX2 25.241916 25.241916 0.000000 dYG,_ji 7 RAD -83.9867310000000 TH 0.10051658 AIR G'oG</A 7 EFILE EX1 25.241916 25.241916 25.495917 +
,%&e 8 RAD 39.2493850000000 TH 34.99484900 !ipR$ dM 8 N1 1.67418625 N2 1.67790015 N3 1.68646733 Xnz3p" 8 GTB S 'LAKN12 ' 9`1O"R/ 8 EFILE EX1 22.063038 22.063038 22.063038 0.000000 NL!u<6y 8 EFILE EX2 22.063038 22.063038 0.000000 43|XSyS 9 RAD -24.3037950000000 TH 3.00000000 nH`Q#ZFz]? 9 N1 1.79607463 N2 1.80516268 N3 1.82772732 "]"|"0#i 9 CTE 0.810000E-05 :e_V7t)o 9 GTB S 'SF6 ' 19HM])Zw\ 9 EFILE EX1 12.935701 12.935701 13.697701 0.000000 C69q&S, 9 EFILE EX2 11.336482 13.443700 0.000000 \P j 10 RAD 38.6888290000000 TH 7.79631890 AIR q#T/
10 EFILE EX1 11.336482 13.443700 13.697701 '_GrD>P)- 11 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR :ctu5{"UJ END 8"U. Hnu 6{"$nF] 让我们制作一个可以有效控制三阶像差的优化MACro。 b6Wqr/ 在EE编辑器中,输入(L6M1.MAC) i&5XF PANT PMNjn9d VLIST RAD ALL VLIST TH ALL ox(j^x]NC VLIST GLM 1 3 6 8 9 END pk^K:Xs} o$#G0}yn AANT +wEac
g>>E M 1 1 A FNUM =-8bsV/l M 7.8 1 A BACK I,0q4 M 0 1 A DELF nSW=LjrO~< M 0 1 A SA3 .$qnZWcgG M 0 1 A CO3 s!?`T1L M 0 1 A TI3 ,eTUhK M 0 1 A SI3 vd[}Gd M 0 1 A PETZ X;i~<Tq M 0 1 A DI3 i(AT8Bo2 M 0 1 A PAC j/fzzI0@ M 0 1 A SAC d{SG
Cr 9d M 0 1 A PLC )Qe~8u@? M 0 1 A SLC }q $5ig END AyNI$Q6Z 4Uphfzv3D SNAP h-G)o[MA SYNO 30 t"=
E^r Y"~gw~7OD 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。 G&i!Hs 我们运行这个MACro,得到了一个糟糕的结果! {[+mpKq 我们用命令查看三阶像差 KVT-P};jy* THIRD {@+Ty]e SYNOPSYS AI>THIRD 0\[Chja Y0x%sz5 ID FIVE-ELEMENT LENS 179 01-JUN-17 13:49:05 v.pBX< THIRD-ORDER ABERRATION ANALYSIS <,[cQ I/ FOCAL LENGTH ENT PUP SEMI-APER GAUSS IMAGE HT K('hC)1 50.804 25.400 8.958 I1pWaQ0 -o!$tI& THIRD-ORDER ABERRATION SUMS M_"L9^^>N SPH ABERR COMA TAN ASTIG SAG ASTIG PETZVAL DISTORTION VFRi1\G (SA3) (CO3) (TI3) (SI3) (PETZ) (DI3(FR)) M%ICdIc' -9.657E-06 -0.00027 -3.991E-05 -6.235E-06 1.060E-05 -0.00056 :-/M?,Q" PARAXIAL CHROMATIC ABERRATION SUMS g/P+ZXJ AX COLOR LAT COLOR SECDRY AX SECDRY LAT .?R!DYC` (PAC) (PLC) (SAC) (SLC) \.-}adKg -0.00276 -0.00027 0.01062 0.00112 x4E7X_ SYNOPSYS AI> y+"X~7EX fA+,TEB~d 结果显示 这些像差非常小。那么初始透镜的像差怎么样? lfqiyYFm ID FIVE-ELEMENT LENS ~:Ll&29i 555XCWyrC THIRD-ORDER ABERRATION ANALYSIS ]ooIrY8 FOCAL LENGTH ENT PUP SEMI-APER GAUSS IMAGE HT qU#1i:(F* 50.800 25.400 8.957 1JztFix [co% :xJu THIRD-ORDER ABERRATION SUMS U56G. SPH ABERR COMA TAN ASTIG SAG ASTIG PETZVAL DISTORTION -'t)=YJ (SA3) (CO3) (TI3) (SI3) (PETZ) (DI3(FR)) Uk^B"y_ -0.01806 -0.03730 -0.04236 -0.08744 -0.10998 -0.01754 _3TY,l~ n)^i/ nXb' PARAXIAL CHROMATIC ABERRATION SUMS 5@+,Xh,H|t AX COLOR LAT COLOR SECDRY AX SECDRY LAT v":x4!kdX (PAC) (PLC) (SAC) (SLC) 1Cgso` -0.01215 0.01518 0.00724 0.00478 ?}kG`q /SrCElabP 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。 v7iuL6jl 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。 -OapVa c 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: ;c4gv,q@ SAT COT ACD ACT ECD ECT ESA ECO 23Nw!6S 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。
TU:7Df RLE nV -mPyfL8 ID 8-ELEMENT TELEPHOTO 236 dep=& FNAME 'L6L2.RLE ' #~C]ZrK MERIT 0.145212E-01 LOG 236 Qo;zHZ' WAVL .6562700 .5875600 .4861300 Cjc6d4~ APS 4 }]lr>"~y} GLOBAL {q`jDDM t!r A%* UNITS MM =;2%a( OBB 0.000000 5.00000 25.40000 -0.88448 0.00000 0.00000 apg=-^L' 25.40000 d@XV:ae 0 AIR -jb0o/: 1 RAD 107.5431718565176 TH 11.00000000 ?0v-qj+ 1 N1 1.61726800 N2 1.62040602 N3 1.62755182 #xX5,r0 1 CTE 0.630000E-05 _kU:Z 1 GTB S 'SK16 ' l5Gq|!2yxD 2 RAD -349.2713337442812 TH 3.00000000 \s=t|Wpu2 2 N1 1.69220502 N2 1.69894060 N3 1.71544645 Ji>o! 2 CTE 0.790000E-05 :6vm+5! 2 GTB S 'SF15 ' BD_Iz A<wK 3 RAD -2.9912862137173E+05 TH 1.00000001 AIR mlJ!:WG TH 1.00000001 AIR ^c^#dpn TH 5.00000000 BJM.iXU)[ 5 N1 1.51981155 N2 1.52248493 N3 1.52859442 =g9*UzA"O 5 CTE 0.820000E-05 g#Sl %Y 5 GTB S 'K5 ' VF?<{F 6 RAD -90.4865897926554 TH 1.35282284 AIR "alyfyBu'M 7 RAD -87.2286998720792 TH 3.00000000 c:<005\Bg 7 N1 1.61502503 N2 1.62003267 N3 1.63207204 "B3N*R([" 7 CTE 0.820000E-05 = \'}g? 7 GTB S 'F2 ' IsZHelg 8 RAD 491.7930148457936 TH 73.15839431 AIR y9q8i(E0 9 RAD 218.6390525466715 TH 6.00000000 pWK(z[D 9 N1 1.61502503 N2 1.62003267 N3 1.63207204 mz, 9 CTE 0.820000E-05 W6?pswQ 9 GTB S 'F2 ' S ?{#r 10 RAD -99.1627747164714 TH 3.00000000 * w?N{. 10 N1 1.51981155 N2 1.52248493 N3 1.52859442 *>|gxM8 10 CTE 0.820000E-05 f&BY/ n, 10 GTB S 'K5 ' 9N@W\DT 11 RAD -182.3746109793576 TH 45.48880137 AIR Q=AavKn# 12 RAD -67.5075897018110 TH 3.00000000 Cs9.&Y 12 N1 1.61726800 N2 1.62040602 N3 1.62755182 W+UfGk}A 12 CTE 0.630000E-05 pGJ>O/% 12 GTB S 'SK16 ' D8Ykg >B;& 13 RAD -40.7083005956173 TH 7.00000000 v!<gY
m& 13 N1 1.61502503 N2 1.62003267 N3 1.63207204 sf)EMh3Z 13 CTE 0.820000E-05 6$kq aS## 13 GTB S 'F2 ' 5ymk\Lw 14 RAD -832.2479524920537 TH 86.31660394 AIR _FH`pv 14 CV -0.00120156 _F>CBG 14 UMC -0.10260000 K@I
D/]PF 14 TH 86.31660394 s5CXwM6cx 14 YMT 0.00000000 sH{4Y-J 15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR wSa)*]% END Fv~20G(O @ ;*Ksy@1O 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。 s/$?^qtyC 将透镜位置保持公差很紧导致制造成本将会很昂贵。(看看表面7上的中心公差。)所以我们按如下方式进行: ,]9P{k]O 1.运行命令THIRD SENS,查看这些参数的当前值。 G`cHCP_n THIRD SENS 2oVSn" ID 8-ELEMENT TELEPHOTO em,u(#)& 6 :b!F NORMALIZED 3RD-ORDER ANALYSIS OF TOLERANCE SENSITIVITY `uOT+B%R K2TcOFQ SS OF SA3 BY SURFACE (SAT) = 85.107903 B2>H_dmQ SS OF CO3 BY SURFACE (COT) = 21.404938 #|L8tuWW SS OF CO3/YDC BY SURFACE (ACD) = 0.007657 r_
I5.gK SS OF CO3/TILT BY SURFACE (ACT) = 73.889722 ?zh9d%R SS OF CO3/YDC BY ELEMENT (ECD) = 0.003941 O_`VV* SS OF CO3/TILT BY ELEMENT (ECT) = 31.259708 OI|[roMK SS OF SA3 BY ELEMENT (ESA) = 1.944190 B<5R SS OF CO3 BY ELEMENT (ECO) = 0.492351 A P)L:7w'e Y<N5#
);f 2.由于我们主要关注中心误差,我们可能会尝试降低ECD的值,即当元件偏心变化时,CO3的变化。 让我们添加到AANT文件(在L6M2.MAC中)的行 >0/i[k-dk M .001 100 A ECD5 |2O]R s l4F%VR4KT 由于ECD已经是一个很小的数字(与列表中的其他数字相比),我们给它一个很高的权重,因此它对评价函数产生了影响。 请记住,我们不能简单地将所有这些值都定为零,因为通常不能设计没有任何像差的透镜元件,并且没有光焦度。 而且,这些量以不明显的方式耦合。 例如,如果减少SAT的值,您可能会发现COT也变小了。 - Ajo9H 你不能给他们各自分配一个独立的值,并期望程序可以自己找到这样的组合。 因此,明智的做法是一次一个地进行,直到找到最适合您透镜的参数。 在这个例子中,控制ECD的值,即可得到透镜。 8IlunJ THIRD SENS s'!Cp=xQF" ID 8-ELEMENT TELEPHOTO l3Xfc2~ 2 NORMALIZED 3RD-ORDER ANALYSIS OF TOLERANCE SENSITIVITY SS OF SA3 BY SURFACE (SAT) = 7.027782 W0dSsjNio SS OF CO3 BY SURFACE (COT) = 4.876613 |Luqoa SS OF CO3/YDC BY SURFACE (ACD) = 0.001649 L-ET<'u SS OF CO3/TILT BY SURFACE (ACT) = 19.621736 ck:T,F{} SS OF CO3/YDC BY ELEMENT (ECD) = 0.001064 6a[}'/ SS OF CO3/TILT BY ELEMENT (ECT) = 8.602740 @5N]ZQ9 SS OF SA3 BY ELEMENT (ESA) = 0.185606 ;&9)I8Us SS OF CO3 BY ELEMENT (ECO) = 0.127624 8<X#f
! Sdp&jZY 即使我们只针对其中一个(ECD),请注意所有值都已更改。 该透镜的公差列于上表中的情况A.。显然,现在的公差要宽松得多,尽管这对制造商来说仍然是一个挑战。 让我们再试一试。 这次我们将ACT的值定为7.0,即标称值的1/10。 )#?"Gjf~ M 7 1 A ACT 6 eLR2 &v56#lG 透镜视图如下: dMh:ulIY> 公差列在上面的案例B中。 对于一些公差来说,这可能是更好的预估。 (我们忽略了本课程的可制造性问题:某些元件太薄,应该使用ACM监视器进行控制。) ,)0H3t 您选择控制的数量取决于您想要影响的公差。 例如,空气间隔的公差可以响应对ESA数量的控制。 另一方面,透镜厚度公差可能对SAT更好地响应。 您必须了解您的透镜,并尝试使用这些工具,以找到最佳目标和最佳BTOL预估。 T$>WE= Y 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。 (up~[ 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。 6.sx?Y YM 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 eWCb73 M 0 .1 A SECTION SA3 13 14 * aN RSfQNc9Z 并尝试目标和权重直到获得最佳效果。
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