SYNOPSYS代码详解-消色差透镜设计及公差分析
消色差透镜设计及公差分析 参考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》书第十二、十三章 {:3:GdM6 C%{2 sMJz 首先,消色差透镜的初始结构设计代码如下: 5g
O9 < RLE !读取镜头文件 _1mpsY<k ID F10 APO !镜头标识 ;$e)r3r`LV WAVL 0.65 0.55 0.45 !定义三个波长,按照长波到短波顺序排列 e\^}PU APS 3 !光阑面为表面3,程序会执行一个光瞳来重新计算YP1和XP1,而忽略输入的YP1和XP1值。 \m+=| UNITS INCH !透镜单位为英寸 wLb:FB2
OBB 0 0.5 2 -0.01194 0 0 2 !物体类型为OBB,0-入射边缘光线角度(针对无限远物),0.5-半视场角,2-半孔径,-0.01194-表面1上主光线高度,负号是指光线在图像下端;后面三个参数表示光线在X-Z平面的相应值 0 AIR !物面处于空气中 EUVD)+it 1 RAD -300.4494760791975 TH 0.58187611 !表面1的半径,厚度 |QMmF" 0 1 N1 1.60978880 N2 1.61494395 N3 1.62386887 !玻璃类型为N-SK4的三个波长折射率被精确指定 5#s],h 1 GTB S 'N-SK4 ' !表面1玻璃类型为N-SK4 w%..*+P 2 RAD -7.4819193194388 TH 0.31629961 AIR !表面2在空气中的半径,厚度 !m%'aQHH( 2 AIR !表面2处于空气中 -7'|&zP 3 RAD -6.8555018049530 TH 0.26355283 !表面3的半径,厚度 g'{?j~g 3 N1 1.60953772 N2 1.61628830 N3 1.62823445 !玻璃类型为N-KZFS4的三个波长折射率被精确指出 z] -m<#1 3 GTB S 'N-KZFS4' !表面3玻璃类型为N-KZFS4 m{$}u@a 4 RAD 5.5272935517214 TH 0.04305983 AIR !表面4在空气中的半径,厚度 VW*?(,#j{ 4 AIR !表面4处于空气中 gK@`0/k{ 5 RAD 5.6098999521052 TH 0.53300999 !表面5的半径,厚度 v*FbvrY 5 N1 1.66610392 N2 1.67304720 N3 1.68543133 !玻璃类型为N-BAF10的三个波长折射率被精确指出 D~Ef%!& 5 GTB S 'N-BAF10' !表面5玻璃类型为N-BAF10 `9gV8u 6 RAD -27.9819596092866 TH 39.24611007 AIR !表面6在空气中的半径,厚度 _0FMwC#DY 6 AIR !表面6处于空气中 [\Nmm4 6 CV -0.03573731 !表面6的曲率 12?!Z
6 UMC -0.05000000 !UMC求解表面6的曲率,并给出相对于光轴的近轴轴向边缘光线角U的规定值。U的正切值为1/(2*FNUM)=0.05,负号表示边缘光线在图像下端。 6 TH 39.24611007 !表面6的厚度 -84%6p2- 6 YMT 0.0000000 !YMT求解在表面7上指定的轴向边缘光线高度为0时所对应的厚度 VH<d[Mj 7 RAD -11.2104527948015 TH 0.00000000 AIR !表面7(像面)的半径,厚度 IG{Me END !以END结束 "A&A?% f F)M'C oylQCbT 运行上述代码后,点击图标 打开PAD二维图,得到消色差透镜的初始结构,如图1所示:[attachment=98428] =wW M\f`=
S'W,AkT
图1 消色差透镜的初始设计 023uAaI^3r 点击PAD图中的图标 ,打开玻璃表,已经选中玻璃库Schott,这是我们先前指定的玻璃库,点击OK,得到显示Nd和Vd的玻璃图,如下图: N)Q.P'`N
[attachment=98447] .'Q*_};W
绿色圆圈旁边的数字表示目前三片式透镜表面1、表面3、表面5,即被定义了玻璃类型的表面。 b/Ma,} 而我们关心的是色散特性。所以需单击‘Graph’按钮,然后单击‘Plot P(F,e)vs.Ve’,再点击‘OK’。 \8m9^Z7IfK
[attachment=98448] []aw;\7}Y
得到玻璃的色散图如下: _+nk3-yQw
[attachment=98450] pL}
F{G.
现在,我们查看表面1的玻璃材料的性能。具体操作:单击数字1的绿色圆圈,然后单击‘Properties’按钮。最后表面1的玻璃材料N-SK4的性能如下: 4b((,u$
[attachment=98451] );_ /0:
图中显示,N-SK4的酸度(Acid)等级为5,湿度等级(Humidity)为3;此玻璃暴露在空气中的性能不稳定。因此,需要更换一种玻璃材料。 9S[.ESI{> 如何选取更换材料?首先我们单击'Graph'按钮,选择‘Acid Sensitivity ’,点击‘OK’,得到下图,图中玻璃位置处的红色垂线表示酸敏感度,垂线越长,玻璃越不耐用。 TQ:5@1aT lJ]QAO
[attachment=98452] (aC=,5N
bvrXz-j 从图中,我们发现N-BAK2根本没有线,可以选取其作为更换材料。 kX`m(
N$ ; %(sbA 于是,单击N-BAK2符号,名称出现在右侧窗口时,在‘Surface’中填写‘1’,然后点击'Apply',这样就为表面1分配了玻璃类型N-BAK2。 9N{?J"ido
[attachment=98453] ],[<^=|
^Y;,cLXJ 另外,N-BAK2的特性如下,其酸碱度等级为1,湿度等级为2,而且价格也比N-SK4低: Y\WVkd(+G
[attachment=98454] 8~t8^eBg
j~V$q/7S 现在PAD图中的透镜像差非常差,这是因为表面1更换玻璃N-BAK2后,还未进行优化,如图2所示: n7G`b'
T3<1{"&
[attachment=98429] [!wJIy?,
K]Vp! G 图2更换玻璃N-BAK2后的消色差透镜 lMh>eX 接下来,运行下面代码对透镜进行优化,代码如下: *PV7s PANT !参数输入 ='w 2"4 VLIST RAD 1 2 3 4 5 7 !改变表面1、表面2、表面3、表面4、表面5以及表面7的半径 C4d'z(< VLIST TH 2 4 !改变表面2和表面4的厚度 zVf79UrK END !以END结束 @t1pB]O: 1KGf @u%-1 AANT !像差输入 o _l_Yi AEC !自动控制玻璃元件和空气间隙的边缘羽化,防止边缘厚度太薄 `q*p-Ju' ACC !自动控制玻璃元件的中心厚度,防止中心厚度太厚 Ii5U)" GSO 0 1 4 M 0 0 !校正0视场弧矢面中产生的光线网格OPD像差;0-孔径权重占比,1-权重,4-光线数,M-多色,0-Y视场,0-X视场; U1Fo #L GNO 0 .2 3 M .75 0 !校正0.75视场光线网格OPD像差 z^.dYb7< GNO 0 .1 3 M 1.0 0 !校正全视场光线网格OPD像差
FXn98UF Y END !以END结束 I=
<eCv [>pBz3fn, SNAP !设置PAD更新频率,每迭代一次PAD更新一次 SCe$v76p# SYNO 30 !迭代次数30次 hY%} x5ntU 优化后的消色差镜头结构,如图3所示。由图可知,此透镜的校正的光程差优于1/4波长。并保存镜头文件,命名为'C12L2.RLE'。 (~{Y}n]s
k'N``.
[attachment=98430] 图3 通光更换玻璃后重新优化的消色差透镜 J?X{NARt 接着,我们查看离焦在新设计中随波长的变化,如下图。运行以下代码: febn?|@ CHG !改变镜头 (3D& |