[原创]SYNOPSYS代码详解-消色差透镜设计及公差分析 [复制链接]

SZUo RWx  
&x\cEI)!  
首先，消色差透镜的初始结构设计代码如下： @)C.IQ~  
RLE                                                     ！读取镜头文件 Ae%AG@L  
ID F10 APO                                        ！镜头标识 [1mEdtqf*  
WAVL 0.65 0.55 0.45                         ！定义三个波长，按照长波到短波顺序排列 Tol"D2cyf  
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。 Q ZC\%X8j  
UNITS INCH                                      ！透镜单位为英寸 I+,CiJ|4  
0 AIR                                                                        ！物面处于空气中 WXY-]ir.  
1 RAD -300.4494760791975   TH      0.58187611  ！表面1的半径，厚度 L&d.&,CNs'  
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 !4T!@"#  
1 GTB S    'N-SK4 '                                                  ！表面1玻璃类型为N-SK4 ?./%7v  
2 RAD     -7.4819193194388   TH      0.31629961 AIR   ！表面2在空气中的半径，厚度 sDY+J(Z  
2 AIR                                                                                 ！表面2处于空气中 DYoGtks(  
3 RAD     -6.8555018049530   TH      0.26355283           ！表面3的半径，厚度 l.P;85/+  
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 S!n?b|_  
3 GTB S    'N-KZFS4'                                                     ！表面3玻璃类型为N-KZFS4 {.?pl]Zl6  
4 RAD      5.5272935517214   TH      0.04305983 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 fRT4>So  
4 AIR                                                                                  ！表面4处于空气中 ,pY:kQ  
5 RAD      5.6098999521052   TH      0.53300999   ！表面5的半径，厚度 kE:{#>[Uz  
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 ExM VGe  
5 GTB S    'N-BAF10'                                               ！表面5玻璃类型为N-BAF10 )}P/xY0  
6 RAD    -27.9819596092866  TH     39.24611007 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 r@}8TE*|P  
6 AIR                                                                                  ！表面6处于空气中 /|lAxAm?  
6 CV      -0.03573731                                                         ！表面6的曲率 MxH |y
o[  
6 TH     39.24611007      ！表面6的厚度 gZiwXb  
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 dai+"  
7 RAD    -11.2104527948015   TH      0.00000000 AIR  ！表面7（像面）的半径，厚度 NTEN
 
END                                                                                  ！以END结束 7xFZJ#  
Cg|\UKfy$  
[$F*R@,&  
运行上述代码后，点击图标 打开PAD二维图，得到消色差透镜的初始结构，如图1所示： 2liJ^ `  
2C1NDrS;}  
点击PAD图中的图标 ，打开玻璃表，已经选中玻璃库Schott，这是我们先前指定的玻璃库，点击OK，得到显示Nd和Vd的玻璃图，如下图： -$X4RS  
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。 , 6Jw  
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’。 K9]zUe&#w  
得到玻璃的色散图如下： 'c_K[p$  
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： Sfa=AV7K  
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。 |fW_9={1kQ  
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。 [9B1%W  
0m=57c$O  
+xgP&nw[-  
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。 #a2gRg
  
J .VZD  
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。 i]s%tEZ1  
Yg,;l-1  
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： (,tu7u{  
2Y<]X7Ch:  
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： @OGG]0 J  
P-nhG  
q3#+G:nh  
图2更换玻璃N-BAK2后的消色差透镜 &r~s3S{pQ  
接下来，运行下面代码对透镜进行优化，代码如下： RKE"}|i+S  
PANT                                            ！参数输入 x(xi%?G  
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 X:I2wJDs\  
VLIST TH 2 4                               ！改变表面2和表面4的厚度 FUlhEH  
END                                              ！以END结束 .Zj`_5C  
GmaNi  
AANT                                           ！像差输入 _Gf-s51s  
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 p:K%-
^  
ACC                                              ！自动控制玻璃元件的中心厚度，防止中心厚度太厚 O`@- b#  
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； k& +gkJm  
GNO 0 .2 3 M .75 0  ！校正0.75视场光线网格OPD像差 w^ OB  
GNO 0 .1 3 M 1.0 0  ！校正全视场光线网格OPD像差 IM7<z,*oF  
END                          ！以END结束 D7T|K :F)  
"bDj00nwh  
SNAP                        ！设置PAD更新频率，每迭代一次PAD更新一次 fISK3t/=C  
SYNO 30                  ！迭代次数30次 G}^=(,jl  
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'。 HZZZ [km  
`}KxzD  
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： ,a
,2I  
CHG                    ！改变镜头 3l45(%g+  
NOP                     ！移除所有在透镜上的拾取和求解 lux g1>  
END                     ！以END结束 S2;^  
PLOT DELF FOR WAVL = .45 TO .65  ！绘制离焦在波长0.45um~0.65um范围内的变化 (tOhuSW  
<R;wa@a>  
5h`LWAB  
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。 @+H0D"  
}8#Ed;%K  
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。 L!zdrCM  
H$C*&p  
现在，我们计算消色差透镜的公差。首先移除表面6上的曲率求解。代码如下： :;yrYAyT3  
CHG .pQ5lK(R  
6 NCOP          ！移除表面6的曲率求解 )LIn1o_,  
END 7/51_=%kR  
u*;H$&  
然后，在CW命令窗口输入MSB，进行BTOL设置，如图： NytTyk)  
;'8Wl  
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。 5;HGS{`  
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。 $b1>,d'oz  
|xcC'1WU  
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。 gqy>;A:kO  
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。 (C#0 ML  
 IPK1g3Z  
* 7Ov.v%  
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？ e4SS'0|  
在CW中输入THIRD SENS： S-q"'5>  
Yq6 @R|u  
Y;_F,4H  
8|=C/k  
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。 4n6AK
`E  
,++HiYOG}e  
优化宏代码如下： t^"8M6BqC;  
PANT 4RB
%r  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7 ]"uG04"Vk  
VLIST TH 2 4 anbw\yh8  
END '(3 QyCD  
AANT eG!ma`v  
AEC } SWp~3P  
ACC IiqqdU]  
M 4 1 A SAT                      ！SAT的目标值为4，权重为1； 5%WAnh  
GSO 0 1 5 M 0 0   l3>e-kP  
GNO 0 .2 4 M .75 0   x4c|/}\)*  
GNO 0 .1 4 M 1.0 0   2SC-c `9)  
END 1g{}O^ul  
SNAP 'Xj^cX  
SYNO 30 LX7P?j  
$&Vba@v  
<i</pA  
优化后的透镜结果，如图4所示： q9rm9#}[J#  
9;p5z[jI  
g^+p7G  
CO@G
%1#  
SR?mSpq5  
现在的THIRD SENS为： O[t?*m1/  
EA>.SSs!  
:G@z?ZJ[  
b.RU%Y#>\  
新BTOL宏代码如下： rP7 QW)NF  
CHG VtI`Qcjc  
NOP InbB2l4G  
END zu{K"7Bx  
ial{A6X  
BTOL 2                      ！设置置信区间 =bC'>qw}  
9gw;MFP)D  
EXACT INDEX 1 3 5    ！表面1，表面3和表面5的折射率是精确的 ~9
FL]qo  
EXACT VNO 1 3 5        ！表面1，表面3和表面5的V-number是精确的 :Q=y'<  
EGt 50  
TPR ALL                  ！  假定所有表面与光学样板匹配                                                             L}rZ1wV6  
TOL WAVE 0.1        ！最大波前变化值为0.1 HP]5"ziA  
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 CYy=f-  
                                             数字100是指允许的最大调整值； ]dNNw`1\V  
$rcv@-l  
PREPARE MC         ！自动准备一个调整文件，以便后续的MC运行需使用该文件来检查统计信息 02t({>`  
_-y1>{]H  
GO                          ！BTOL输入文件的最后输入，并执行程序 2H.g!( Oza  
STORE 4                ！透镜结果储存在透镜库的位置4 Q&r.wV|  
运行BTOL宏之后，公差稍微宽松一点，如下图： V/2NIh  
NJsaTBT  
接着，运行MC程序来检查透镜情况。在CW中输入：SYNOPSYS AI> MC 50 4 QUIET -1 ALL 5;此命令将会测试一批储存在透镜库4中的50片透镜，按照上述预计公差来制作透镜，然后监控比较这一批透镜的统计数据，将最坏的透镜情况保存在透镜库位置5。 KLW5Ad:/rI  
__9FQ{Ra  
Tph^o^  
?j/FYi  
XyN " Jr  
o{#aF=`{  
S:j{R^$k  
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： u~M$<|;  
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 Cwls e-  
PASSES 20           ！对第一阶段(PHASE 1)优化的迭代次数 2_HIn  
FAORDER 5 3 1  ！透镜制造序列，按难度排序，最复杂的透镜放首位 IxuK<Oe:O  
Z[*unIk  
PHASE 1              ！第一阶段，优化透镜参数 o|h=M/  
PANT VBi g
UK4  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 6
^zV_vB)n  
VLIST TH 2 4 6 o=7,U/{D!  
END oMg-.!6  
*/IiL%g4u  
AANT XjL3Ar*  
GSO 0 1 5 M 0 /.7RWy`  
GNO 0 1 5 M 1   S=) c7t?a  
END Up?RN%gq  
SNAP  "LB MYZ  
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 q
}L`8(a  
37kFbR@x  
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 Wx]Xa]-  
PANT g?"QahHG  
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 o 7kg.w|  
VY 3 XDC 2 100 -100   ！改变表面3的X方向偏心 W=^.s>7G  
VY 5 YDC 2 100 -100 K\9CW%W  
VY 5 XDC 2 100 -100 m_0y]RfG  
VY 6 TH                        ！改变表面6的厚度 u@e.5_:S)  
END [k%hl`}  
AANT YOLzCnI4  
GNO 0 1 4 M 0 0 0 F +U<YM94?  
GNO 0 1 4 M 1 0 0 F   $|g1 _;(G  
END i,ZEUdd*_  
SNAP uFSU|SDd.  
SYNO 30 }#D=Rf?2\P  
I{dy,\p  
PHASE 3 ！第三阶段；当遇到第三阶段的输入，程序循环整个过程 $Okmurnn  
eg/itty  
运行代码之后，得到带有制造调整的MC的最差透镜情况，如图6所示。  ,==_u  
Z qn$>mG-  
kE<CuO  
再次在CW中输入MC PLOT，得到MC直方图： FhY#3-jH  
7mYcO3{5{  
b3-j2`#  
/gF)msUF  
4Pc-A  

资料非常不错，必须点赞！

谢谢楼主分享！！

很好的文章