[原创]SYNOPSYS代码详解-消色差透镜设计及公差分析 [复制链接]

%/kyT%1  
ctQbp~-  
首先，消色差透镜的初始结构设计代码如下： {#IPf0O  
RLE                                                     ！读取镜头文件 NV4g~+n  
ID F10 APO                                        ！镜头标识 S
)He$B$pp  
WAVL 0.65 0.55 0.45                         ！定义三个波长，按照长波到短波顺序排列 (_* wt]"'  
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。 l? #xAZx&_  
UNITS INCH                                      ！透镜单位为英寸 -6Tk<W  
0 AIR                                                                        ！物面处于空气中 xChI,~i  
1 RAD -300.4494760791975   TH      0.58187611  ！表面1的半径，厚度 QbYc[8-[  
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 t?;T3k[RM  
1 GTB S    'N-SK4 '                                                  ！表面1玻璃类型为N-SK4 O?bK%P]ay  
2 RAD     -7.4819193194388   TH      0.31629961 AIR   ！表面2在空气中的半径，厚度 QGiAW7b5  
2 AIR                                                                                 ！表面2处于空气中 3E} An%  
3 RAD     -6.8555018049530   TH      0.26355283           ！表面3的半径，厚度 E04l|  
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 mzL[/B#>M  
3 GTB S    'N-KZFS4'                                                     ！表面3玻璃类型为N-KZFS4 x}fn'iUnm  
4 RAD      5.5272935517214   TH      0.04305983 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 vUQFQ  
4 AIR                                                                                  ！表面4处于空气中 ,xJrXPW  
5 RAD      5.6098999521052   TH      0.53300999   ！表面5的半径，厚度 ~Pk0u{,4XQ  
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 !- C'}  
5 GTB S    'N-BAF10'                                               ！表面5玻璃类型为N-BAF10 8F;>5i  
6 RAD    -27.9819596092866  TH     39.24611007 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 ^ L:cjY/  
6 AIR                                                                                  ！表面6处于空气中 Al)$An-  
6 CV      -0.03573731                                                         ！表面6的曲率 Q/_[--0&#  
6 TH     39.24611007      ！表面6的厚度 " oy\_1|  
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 j{#Wn !,  
7 RAD    -11.2104527948015   TH      0.00000000 AIR  ！表面7（像面）的半径，厚度 )"@t6.  
END                                                                                  ！以END结束 (J:dK=O@Z  
f<[jwhCWV  
jigs
6#  
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： 'TN)Lb*  
`ZHP1uQ<  
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： V7CoZnz  
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。 TmEYW<  
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’。 5#:pT  
得到玻璃的色散图如下： XOrfs sj  
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： 6DS43AQs  
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。 e]W0xC-  
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。 Iur9I>8h  
fhpX/WE6  
mE$dO3  
从图中，我们发现N-BAK2根本没有线，可以选取其作为更换材料。 ryD%i"g<  
ol!86rky  
于是，单击N-BAK2符号，名称出现在右侧窗口时，在‘Surface’中填写‘1’，然后点击'Apply',这样就为表面1分配了玻璃类型N-BAK2。 m$UvFP1>u1  
=v2%Vs\7k  
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： P9#)~Zm
}]  
f>iuHR*EXB  
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： =DgCC|p  
!c8L[/L  
k0K A~  
图2更换玻璃N-BAK2后的消色差透镜 VZxTx0: ,  
接下来，运行下面代码对透镜进行优化，代码如下： u]vPy ria  
PANT                                            ！参数输入 to3?$-L  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7                ！改变表面1、表面2、表面3、表面4、表面5以及表面7的半径 _'iDF  
VLIST TH 2 4                               ！改变表面2和表面4的厚度 X BI;Lg  
END                                              ！以END结束 )q+4k m6  
(9.yOc4  
AANT                                           ！像差输入 ^"6f\  
AEC                                              ！自动控制玻璃元件和空气间隙的边缘羽化，防止边缘厚度太薄 ~ l )t|'6  
ACC                                              ！自动控制玻璃元件的中心厚度，防止中心厚度太厚 xEoip?O?7F  
GSO 0 1 4 M 0 0  ！校正0视场弧矢面中产生的光线网格OPD像差；0-孔径权重占比，1-权重，4-光线数，M-多色，0-Y视场，0-X视场； A!HK~yk~Q  
GNO 0 .2 3 M .75 0  ！校正0.75视场光线网格OPD像差 G\rj?%  
GNO 0 .1 3 M 1.0 0  ！校正全视场光线网格OPD像差 ofCVbn  
END                          ！以END结束 -q2MrJ*  
c8Pb  
SNAP                        ！设置PAD更新频率，每迭代一次PAD更新一次 w!,QxrOV~  
SYNO 30                  ！迭代次数30次 v&0d$@6/U  
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'。 B3b,F
#  
o<\6Rm  
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： edN8-P(  
CHG                    ！改变镜头 "@t-Cy:!O  
NOP                     ！移除所有在透镜上的拾取和求解 pcpxe&S  
END                     ！以END结束 HWtPLlNt  
PLOT DELF FOR WAVL = .45 TO .65  ！绘制离焦在波长0.45um~0.65um范围内的变化 "Pdvmur  
0/A-#'>  
&-F"+v,+  
离焦随波长变化的数据分析，分析表明在设计波长范围内的离焦大约为0.0026英寸。 {visv{R<  
x-~-nn\O  
透镜具有完美的艾里斑，通过图像工具(MIT)计算，并且为透镜分配了十个波长，在中心产生良好的白色，并具体相干效果。如下图。 HTNA])G  
Vu|dV\N0*  
现在，我们计算消色差透镜的公差。首先移除表面6上的曲率求解。代码如下： c,BAa*]K  
CHG vl~%o@*_  
6 NCOP          ！移除表面6的曲率求解 Q
v!rUiXq  
END |0w~P s  
u[[/w&UV.,  
然后，在CW命令窗口输入MSB，进行BTOL设置，如图： h#R&=t1,^  
1
Zq  
其中，数字2-设置统计可信水平为2个sigma，则在一大批透镜中应有99.53%透镜的像质等于或优于要求。 7-g^2sa'(  
在CW中看到预期的结果如下图。图中表明轴上像质将会有0.05的变动。 R<j<.h  
ScHlfk p  
预测的公差如图所示。由图可知，透镜1和透镜2之间的空气间隔公差为0.00157英寸。透镜2和透镜3之间的空气间隔公差为0.000426英寸。 c,AZ/t  
透镜2的V-number的公差为0.05359。同时该透镜保持0.00024的共轴性。 TQ~&Y)".  
Tg\hx>  
Ys+N,:#R  
现在呢，公差太小，没有办法按照预估公差来制造透镜。所以怎样将公差放大呢？ 3:O+GQ*  
在CW中输入THIRD SENS： 7 s-`QdWX  
{.#j1
r4J`  
z@n+7p`w  
VVN# $  
SAT的值为8.363，即每个表面对球差SA3贡献的平方和为8.363。接下来，通光减小SAT值，来降低公差灵敏度，放大公差。 Ei~]iZ}  
0$
?qoS  
优化宏代码如下： `E%(pjG  
PANT 3Pa3f >}-  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7 JchA=n  
VLIST TH 2 4 1l~.R#WG&  
END jqqaw  
AANT yHtGp%j  
AEC W9+h0A-  
ACC 5 2fO)!  
M 4 1 A SAT                      ！SAT的目标值为4，权重为1； W&LBh%"g  
GSO 0 1 5 M 0 0   h+ TB]  
GNO 0 .2 4 M .75 0   gm}C\q9  
GNO 0 .1 4 M 1.0 0   -MUQ\pZ  
END B*BHF95!  
SNAP LNbx3W oC  
SYNO 30 `^`9{@~  
s|KfC>#  
h bdEw=r?  
优化后的透镜结果，如图4所示： d^_itC;-,  
P$F#,Cn  
zo87^y5?G  
BMe72  
%!D_q~"H  
现在的THIRD SENS为： krwf8!bI  
bL#sn_(m  
(c 1u{  
(kdC1,E  
新BTOL宏代码如下： u`nt\OF  
CHG K"G(?<>~4c  
NOP @t "~   
END |zg=+  
1.uUMW  
BTOL 2                      ！设置置信区间 =CGD ~p`  
EOofa6f&l  
EXACT INDEX 1 3 5    ！表面1，表面3和表面5的折射率是精确的 9k*^\@\\x  
EXACT VNO 1 3 5        ！表面1，表面3和表面5的V-number是精确的 :R{x]sv  
es{cn=\s  
TPR ALL                  ！  假定所有表面与光学样板匹配                                                             55(J&q  
TOL WAVE 0.1        ！最大波前变化值为0.1 7BVX
Bw  
ADJUST 6 TH 100 100  ！调整表面6的厚度，第一个数字100是指一组移动的表面数目；第二个 54;l*}8Hl  
                                             数字100是指允许的最大调整值； <[esA9.]t  
.$n$%|"H-  
PREPARE MC         ！自动准备一个调整文件，以便后续的MC运行需使用该文件来检查统计信息 #IbS  
ttTI#Fr2  
GO                          ！BTOL输入文件的最后输入，并执行程序 <e$5~Spc  
STORE 4                ！透镜结果储存在透镜库的位置4 f&+XPd %  
运行BTOL宏之后，公差稍微宽松一点，如下图： \=$EmHF  
G%y>:$rw[O  
接着，运行MC程序来检查透镜情况。在CW中输入：SYNOPSYS AI> MC 50 4 QUIET -1 ALL 5;此命令将会测试一批储存在透镜库4中的50片透镜，按照上述预计公差来制作透镜，然后监控比较这一批透镜的统计数据，将最坏的透镜情况保存在透镜库位置5。 .Gjr`6R  
rwasH,+  
|;X?">7NW  
Ompi~  
EKV+?jj$  
&?}kL= h  
3(cU)  
于是，对保存在透镜库4的透镜进行制造调整。使用FAMC指令(FAMC是制造调整MC)分析统计数据。代码如下： bEoB;]  
FAMC 50 4 QUIET -1 ALL 5  ！测试透镜库4中的50片透镜，按照预计公差来制作透镜，然后监控对比所有透镜质量，将最坏透镜结果保存在透镜库5 {d&X/tT  
PASSES 20           ！对第一阶段(PHASE 1)优化的迭代次数 bS_y_9K  
FAORDER 5 3 1  ！透镜制造序列，按难度排序，最复杂的透镜放首位 HTR "m
Q  
]J8KCjq@  
PHASE 1              ！第一阶段，优化透镜参数 )Ix-5084  
PANT d08`42Z69  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 6 ^D%}V-"  
VLIST TH 2 4 6 wUh3Hd'  
END !C9ps]6
 
c+}!yH$  
AANT :w?:WH?2L  
GSO 0 1 5 M 0 #i
}#jMT  
GNO 0 1 5 M 1   6R$F =MB  
END sBeP;ox  
SNAP lBizC5t!o  
EVAL   ！必须以EAVL结束，第一阶段已经将透镜公差应用于透镜本身，然后依次完成所有透镜制作 ~%cSckE  
UE}8Rkt  
PHASE 2              ！第二阶段，只优化不包括在第一阶段中的透镜参数和评价函数 P5yJO9
7  
PANT {[YqGv=fF  
VY 3 YDC 2 100 -100   ！改变表面3的Y方向偏心，上限为2，下限为100，增量为-100 BLl%D  
VY 3 XDC 2 100 -100   ！改变表面3的X方向偏心 c,3'wnui  
VY 5 YDC 2 100 -100 Tx|SAa=V  
VY 5 XDC 2 100 -100 ]%cHm4#m3  
VY 6 TH                        ！改变表面6的厚度 Fi?U)T+%+  
END yDu yMt#  
AANT M~d+HE  
GNO 0 1 4 M 0 0 0 F kR`6s  
GNO 0 1 4 M 1 0 0 F   |o;j0  
END \]L::"![?  
SNAP c<JM1  
SYNO 30 wHBHkz  
P%<aGb4  
PHASE 3 ！第三阶段；当遇到第三阶段的输入，程序循环整个过程 tu?Z@W/  
+l[Z2
mW  
运行代码之后，得到带有制造调整的MC的最差透镜情况，如图6所示。 l`~a}y"n  
SG(%d^x
`R  
N+C%Z[gt[  
再次在CW中输入MC PLOT，得到MC直方图： Nf/hr%jL  
onWYT}c{  
&F<J#cfe8  
|2t7G9[n  
c1)BGy
li  

很好的文章

谢谢楼主分享！！

资料非常不错，必须点赞！