[原创]SYNOPSYS代码详解-消色差透镜设计及公差分析 [复制链接]

6#(==}Sm+  
![9umsx  
首先，消色差透镜的初始结构设计代码如下： fm1yZX?`  
RLE                                                     ！读取镜头文件 r: M>/Z/  
ID F10 APO                                        ！镜头标识 S>V+IKW;(  
WAVL 0.65 0.55 0.45                         ！定义三个波长，按照长波到短波顺序排列 cZlDdr%  
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。 XsbYWJdds  
UNITS INCH                                      ！透镜单位为英寸 VHqHG`}:  
0 AIR                                                                        ！物面处于空气中 Gqs)E"h  
1 RAD -300.4494760791975   TH      0.58187611  ！表面1的半径，厚度 qvG@kuz8g5  
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 a(oa?OdJ  
1 GTB S    'N-SK4 '                                                  ！表面1玻璃类型为N-SK4 N|\Q:<!2_w  
2 RAD     -7.4819193194388   TH      0.31629961 AIR   ！表面2在空气中的半径，厚度 z~(3S8$  
2 AIR                                                                                 ！表面2处于空气中 omzG/)M:O  
3 RAD     -6.8555018049530   TH      0.26355283           ！表面3的半径，厚度 2R];Pv  
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 h1 pEC  
3 GTB S    'N-KZFS4'                                                     ！表面3玻璃类型为N-KZFS4 _kXq0~  
4 RAD      5.5272935517214   TH      0.04305983 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 '|^x[8^  
4 AIR                                                                                  ！表面4处于空气中 zy(NJ  
5 RAD      5.6098999521052   TH      0.53300999   ！表面5的半径，厚度 &OsO _F  
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 WJj5dqatV  
5 GTB S    'N-BAF10'                                               ！表面5玻璃类型为N-BAF10 \45F;f_r6  
6 RAD    -27.9819596092866  TH     39.24611007 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 i8->3uB  
6 AIR                                                                                  ！表面6处于空气中 M`)/^S9  
6 CV      -0.03573731                                                         ！表面6的曲率 6W[~@~D=  
6 TH     39.24611007      ！表面6的厚度 W.CbNou  
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 a&RH_LjM  
7 RAD    -11.2104527948015   TH      0.00000000 AIR  ！表面7（像面）的半径，厚度 3t9Weo)  
END                                                                                  ！以END结束 @|([b r|O  
#pcgfVl  
{;vLM* '  
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： n#^ii/H  
Hg5:>?Lw@  
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：   D9h  
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。 %y_{?|+  
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’。 ?kdan  
得到玻璃的色散图如下： H)+QkQ
b}  
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： %'OY  
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。 +\]Gu(z<  
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。 2F :8=_sA  
"S H=|5+  
^!fY~(=U4  
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。 Swr4De_5  
`I.pwst8i-  
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。 s  }Ql9  
nF B]#LLv  
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： f@[qS7ok  
}OY/0p-Z  
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： ]I_*+^?tI  

cj9C6Y!  
.cm2L,1h  
图2更换玻璃N-BAK2后的消色差透镜 %=!] 1  
接下来，运行下面代码对透镜进行优化，代码如下： _b$ yohQ  
PANT                                            ！参数输入 t)1`^W}  
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 %&S9~E D  
VLIST TH 2 4                               ！改变表面2和表面4的厚度
te
4=  
END                                              ！以END结束 F1A40h7R$Y  
4*&k~0#t  
AANT                                           ！像差输入 XO+rg&Pu
 
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 +Qf}&D_  
ACC                                              ！自动控制玻璃元件的中心厚度，防止中心厚度太厚 7[PEiAI  
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； tuLNGU  
GNO 0 .2 3 M .75 0  ！校正0.75视场光线网格OPD像差 0` .5gxm  
GNO 0 .1 3 M 1.0 0  ！校正全视场光线网格OPD像差 $,yAOaa  
END                          ！以END结束 u"4B5D  
5vg="@O K  
SNAP                        ！设置PAD更新频率，每迭代一次PAD更新一次 /'VbV8%  
SYNO 30                  ！迭代次数30次 9:P]{}  
优化后的消色差镜头结构，如图3所示。由图可知，此透镜的校正的光程差优于1/4波长。并保存镜头文件，命名为'C12L2.RLE'。 yzv"sd[8N  
[dAQrou6P  
接着，我们查看离焦在新设计中随波长的变化，如下图。运行以下代码： sM+~x<}0  
CHG                    ！改变镜头 L$BV`JWPw  
NOP                     ！移除所有在透镜上的拾取和求解 K_@?Q@#YhR  
END                     ！以END结束 @$~IPg[J  
PLOT DELF FOR WAVL = .45 TO .65  ！绘制离焦在波长0.45um~0.65um范围内的变化 ?w+ V:
D  
Q;J( 5;  
5'c#pm\Q  
离焦随波长变化的数据分析，分析表明在设计波长范围内的离焦大约为0.0026英寸。 }opw_h+/F  
(|F.3~Amq  
透镜具有完美的艾里斑，通过图像工具(MIT)计算，并且为透镜分配了十个波长，在中心产生良好的白色，并具体相干效果。如下图。 k%FA:ms|k  
H>A6VDu  
现在，我们计算消色差透镜的公差。首先移除表面6上的曲率求解。代码如下： 4(8trD6  
CHG /0 4US5En  
6 NCOP          ！移除表面6的曲率求解 QW$p{ zo  
END g4eW<  
6y~F'/ww  
然后，在CW命令窗口输入MSB，进行BTOL设置，如图： QeG9CS)E}j  
!~yBzH;K  
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。 ;}j(x;
l>t  
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。 fum.G{}  
fjVy;qJ32S  
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。 Id##367R  
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。 H#DvCw  
r:;.?f@  
r`.N?  
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？ uINdeq7|F  
在CW中输入THIRD SENS： ? ep#s$i  
0=#>w_B  
-^lc-$0  
{X&lgj  
SAT的值为8.363，即每个表面对球差SA3贡献的平方和为8.363。接下来，通光减小SAT值，来降低公差灵敏度，放大公差。 r]UF<*$  
\?d3Pn5`  
优化宏代码如下： +)iMJ]>  
PANT :#pdyJQ_  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7 3_~iq>l  
VLIST TH 2 4 %KXiB6<4  
END X 3$ W60Q  
AANT :t]HY2  
AEC ;,C]WZ.w  
ACC s:Ml\['x  
M 4 1 A SAT                      ！SAT的目标值为4，权重为1； XS[L-NHG  
GSO 0 1 5 M 0 0   :t{~Mi=T  
GNO 0 .2 4 M .75 0   [YfoQ
1  
GNO 0 .1 4 M 1.0 0   w{6C4~0  
END 67YC;J]n=z  
SNAP ksOGCd^G7  
SYNO 30 Y8\P"qb  
$+!dP{  
DS<1"4 b|  
优化后的透镜结果，如图4所示： BzP,Tu{,  
hlaN'j <C  
 ir6' \  
)O
DF6Ag  
hPDKxYD]f  
现在的THIRD SENS为： ^AS\a4`/  
jdP
)y]c  
jC9us>b  
7{L4a\JzT  
新BTOL宏代码如下： G @..?>  
CHG Ki\.w~Qs  
NOP t'vt'[~,U  
END P5h|* ?=  
QEhn  
BTOL 2                      ！设置置信区间 c+9L6}D  
K^shTh8k  
EXACT INDEX 1 3 5    ！表面1，表面3和表面5的折射率是精确的 w +t@G`d  
EXACT VNO 1 3 5        ！表面1，表面3和表面5的V-number是精确的 @1JwjtNk  
["Ltqgx  
TPR ALL                  ！  假定所有表面与光学样板匹配                                                             \^c4v\s<o#  
TOL WAVE 0.1        ！最大波前变化值为0.1 udZOg  
ADJUST 6 TH 100 100  ！调整表面6的厚度，第一个数字100是指一组移动的表面数目；第二个 G@[8P?M=Z  
                                             数字100是指允许的最大调整值； 6Dlm.~G  
f"QiVJq  
PREPARE MC         ！自动准备一个调整文件，以便后续的MC运行需使用该文件来检查统计信息 lW&(dn)}  
IOcQI:4.`  
GO                          ！BTOL输入文件的最后输入，并执行程序 d(T4Kd$r  
STORE 4                ！透镜结果储存在透镜库的位置4 %9J@##+  
运行BTOL宏之后，公差稍微宽松一点，如下图： ;*<tU n^t  
$J`O-"M  
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。 MzJCiX^  
G*fo9eu5$  
oJz2-PmX  
mgq!)  
B`~EA] d  
0 &zp
 
GXtMX ha,  
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： `>gG"1,]  
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 UN]gn>~j  
PASSES 20           ！对第一阶段(PHASE 1)优化的迭代次数 94u{k1d x  
FAORDER 5 3 1  ！透镜制造序列，按难度排序，最复杂的透镜放首位 ;b$P*dSG}  
,
ks2&e  
PHASE 1              ！第一阶段，优化透镜参数 1 em,/>"  
PANT XO <wK  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 6 ~VGnE:  
VLIST TH 2 4 6 k~Ex_2;#  
END /`*{57/3  
: \+xXb{  
AANT ) 7/Cg  
GSO 0 1 5 M 0 Kc MzY  
GNO 0 1 5 M 1   2Je$SE8  
END 
_pvB$&  
SNAP A6N6e\*  
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 /{i~CGc;"  
oL<#9)+2*  
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 m&.LJ*uM\K  
PANT X'Ss#s>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 bx0.(Nv/X  
VY 3 XDC 2 100 -100   ！改变表面3的X方向偏心 y+k_&ss  
VY 5 YDC 2 100 -100 V]=22Cxi'~  
VY 5 XDC 2 100 -100 M tN>5k c  
VY 6 TH                        ！改变表面6的厚度 J1?

;'  
END {i5?R,a)  
AANT TR"C<&y$j  
GNO 0 1 4 M 0 0 0 F [2%[~&4  
GNO 0 1 4 M 1 0 0 F   :RaQ =C  
END Ot=jwvw  
SNAP zC?'Qiuh*  
SYNO 30 _Cmmx`ln  
tcD7OC:"6  
PHASE 3 ！第三阶段；当遇到第三阶段的输入，程序循环整个过程 zA,vp^  
9mF'  
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。 ~6[?=mOi'  
h3ygL"k  
o-,."|6  
再次在CW中输入MC PLOT，得到MC直方图： vCzZjGBY  
[);oj<  
H|9t5   
B=_w9iVN  
#NS|9jW  

资料非常不错，必须点赞！

谢谢楼主分享！！

很好的文章