[原创]SYNOPSYS代码详解-消色差透镜设计及公差分析 [复制链接]

mxgqS
=`  
)`^ /(YG  
首先，消色差透镜的初始结构设计代码如下： Q |%-9^  
RLE                                                     ！读取镜头文件 :i.t)ES  
ID F10 APO                                        ！镜头标识 EOhC6>ATh  
WAVL 0.65 0.55 0.45                         ！定义三个波长，按照长波到短波顺序排列 Y,'%7u  
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_6eI  
UNITS INCH                                      ！透镜单位为英寸 -OWZ6#v(  
0 AIR                                                                        ！物面处于空气中 6F(hY !}5  
1 RAD -300.4494760791975   TH      0.58187611  ！表面1的半径，厚度 E30Ln_^o  
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 0*/kGvw`i  
1 GTB S    'N-SK4 '                                                  ！表面1玻璃类型为N-SK4 [P{a_(
 
2 RAD     -7.4819193194388   TH      0.31629961 AIR   ！表面2在空气中的半径，厚度 "CMucK  
2 AIR                                                                                 ！表面2处于空气中 ZNi +Aw$u  
3 RAD     -6.8555018049530   TH      0.26355283           ！表面3的半径，厚度 ?IILt=)<  
3 N1 1.60953772 N2 1.61628830 N3 1.62823445         ！玻璃类型为N-KZFS4的三个波长折射率被精确指出 nWk e#{[  
3 GTB S    'N-KZFS4'                                                     ！表面3玻璃类型为N-KZFS4 T<P0T<  
4 RAD      5.5272935517214   TH      0.04305983 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 5Dd:r{{ Q  
4 AIR                                                                                  ！表面4处于空气中 q(gjT^aN  
5 RAD      5.6098999521052   TH      0.53300999   ！表面5的半径，厚度 z|I0-1tAK  
5 N1 1.66610392 N2 1.67304720 N3 1.68543133   ！玻璃类型为N-BAF10的三个波长折射率被精确指出 Fwb5u!_,  
5 GTB S    'N-BAF10'                                               ！表面5玻璃类型为N-BAF10 :> SLQ[1  
6 RAD    -27.9819596092866  TH     39.24611007 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 `^x9(i/NE  
6 AIR                                                                                  ！表面6处于空气中 Ps3~{zH`  
6 CV      -0.03573731                                                         ！表面6的曲率 +pz}4M`  
6 TH     39.24611007      ！表面6的厚度 eQ;Q4  
6 YMT 0.0000000          ！YMT求解在表面7上指定的轴向边缘光线高度为0时所对应的厚度 uaaf9SL?  
7 RAD    -11.2104527948015   TH      0.00000000 AIR  ！表面7（像面）的半径，厚度 J#''q"rZ  
END                                                                                  ！以END结束 d*2u}1Jo8  
P_&p=${  
LL.x11o3  
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： 0elxA8Z~e  
P\AqpQv  
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： &<Zdyf?[Ou  
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
# u8\H  
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’。 dw9Tf^V  
得到玻璃的色散图如下： R
5(F)abi  
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： L5f$TLw h;  
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。 :^#vxdIC?  
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。 e>AXXUEf  
D:9 2\l  
nxfoWy  
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。 [Gtb+'8  
Gq1)1  
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。 to`mnp9Z  
%j5ywr:  
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： ~KPv7WfG  
$(rc/h0/E  
现在PAD图中的透镜像差非常差，这是因为表面1更换玻璃N-BAK2后，还未进行优化，如图2所示： |>+uw|LtZ  
y' [LNp V  
Ee)xnY%(  
图2更换玻璃N-BAK2后的消色差透镜 S&wzB)#'  
接下来，运行下面代码对透镜进行优化，代码如下： U\vY/6;JI  
PANT                                            ！参数输入 R5(T([w'  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7                ！改变表面1、表面2、表面3、表面4、表面5以及表面7的半径 cP rwW6  
VLIST TH 2 4                               ！改变表面2和表面4的厚度 rt}^4IqL  
END                                              ！以END结束 (s&&>M]r_  
x)oRSsv!Tr  
AANT                                           ！像差输入 wxdyF&U n  
AEC                                              ！自动控制玻璃元件和空气间隙的边缘羽化，防止边缘厚度太薄 !OAvD#  
ACC                                              ！自动控制玻璃元件的中心厚度，防止中心厚度太厚 ue\t,*KYd  
GSO 0 1 4 M 0 0  ！校正0视场弧矢面中产生的光线网格OPD像差；0-孔径权重占比，1-权重，4-光线数，M-多色，0-Y视场，0-X视场； |8U;m:AS  
GNO 0 .2 3 M .75 0  ！校正0.75视场光线网格OPD像差 suVmg-d  
GNO 0 .1 3 M 1.0 0  ！校正全视场光线网格OPD像差 |]sx+NlNc  
END                          ！以END结束 /{*$JF  
zK;XFN#U^  
SNAP                        ！设置PAD更新频率，每迭代一次PAD更新一次 *eb-rhCVn  
SYNO 30                  ！迭代次数30次 x?sI;kUw8  
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'。 !20XsO  
n>FY?  
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： bRsTBp;R`I  
CHG                    ！改变镜头 v("wKHWTI@  
NOP                     ！移除所有在透镜上的拾取和求解 y{=>$C[  
END                     ！以END结束 )(TAT<  
PLOT DELF FOR WAVL = .45 TO .65  ！绘制离焦在波长0.45um~0.65um范围内的变化 *y]+dK&-  
@dEiVF`4:  
4XJiIa?  
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。 lr3mE  
ar^i|`D  
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。 ,={t8lN  
cUk*C  
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： ^3~e/PKM  
CHG ]l;*$2w)  
6 NCOP          ！移除表面6的曲率求解 )jDJMi_[  
END c0rk<V%5+  
|J>WC}g@n  
然后，在CW命令窗口输入MSB，进行BTOL设置，如图： 0XU}B\'<  
8dO?K*J,H'  
其中，数字2-设置统计可信水平为2个sigma，则在一大批透镜中应有99.53%透镜的像质等于或优于要求。 qoX@@xr1  
在CW中看到预期的结果如下图。图中表明轴上像质将会有0.05的变动。 >)**khuP7  
]?L
B?:6  
预测的公差如图所示。由图可知，透镜1和透镜2之间的空气间隔公差为0.00157英寸。透镜2和透镜3之间的空气间隔公差为0.000426英寸。 r'4:)~]s  
透镜2的V-number的公差为0.05359。同时该透镜保持0.00024的共轴性。 8e2?tmWM  
A :e;k{J  
 jNyoN1M  
现在呢，公差太小，没有办法按照预估公差来制造透镜。所以怎样将公差放大呢？ A9:NKY{z  
在CW中输入THIRD SENS： PK2~fJB  
\R
G!@$i  
MaY682}|y  
B[o`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。 NXk!qGV2  
)"<8K}%!  
优化宏代码如下： osP\DiQ  
PANT sen=0SB/  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 7 } cNW^4F  
VLIST TH 2 4 7hw .B'7  
END dcfe_EuT  
AANT LIpEQ7;  
AEC %D=]ZV](  
ACC ,xsH|xW  
M 4 1 A SAT                      ！SAT的目标值为4，权重为1； cj$6  
GSO 0 1 5 M 0 0   pdVQ*=c?M  
GNO 0 .2 4 M .75 0   {6
Au3gt/  
GNO 0 .1 4 M 1.0 0   gP}+wbk  
END :k=mzO<&  
SNAP +[-i%b3q  
SYNO 30 XNH4vG |  
obH;g*  
]0j9>s2|Z  
优化后的透镜结果，如图4所示： 6W2hr2Zy9  
i@P}{  
5K%Wa]W  
kUl  

N_gD>6I  
现在的THIRD SENS为： | A)\ :  
\Y|*Nee}XP  
Me3dpF  

L,_.$1d  
新BTOL宏代码如下： KOSM]c\H  
CHG o>]`ac0b}Y  
NOP
B4H!5b  
END nHXX\i  
+0$/y]k  
BTOL 2                      ！设置置信区间 FY3IUG  
?h8{xa5b  
EXACT INDEX 1 3 5    ！表面1，表面3和表面5的折射率是精确的 *ZCn
8m:-+  
EXACT VNO 1 3 5        ！表面1，表面3和表面5的V-number是精确的 iw?I  
 $)~   
TPR ALL                  ！  假定所有表面与光学样板匹配                                                             P ,mN >  
TOL WAVE 0.1        ！最大波前变化值为0.1 wIvo"|%  
ADJUST 6 TH 100 100  ！调整表面6的厚度，第一个数字100是指一组移动的表面数目；第二个 ?}P5p^6  
                                             数字100是指允许的最大调整值； 'Prxocxq  
0#p/A^\#7M  
PREPARE MC         ！自动准备一个调整文件，以便后续的MC运行需使用该文件来检查统计信息 V|D]M{O  
@z`@f"l  
GO                          ！BTOL输入文件的最后输入，并执行程序 -7qIToO.  
STORE 4                ！透镜结果储存在透镜库的位置4 }?8uH/+ZA  
运行BTOL宏之后，公差稍微宽松一点，如下图： S=|@L<O  
LV{Q,DrP  
接着，运行MC程序来检查透镜情况。在CW中输入：SYNOPSYS AI> MC 50 4 QUIET -1 ALL 5;此命令将会测试一批储存在透镜库4中的50片透镜，按照上述预计公差来制作透镜，然后监控比较这一批透镜的统计数据，将最坏的透镜情况保存在透镜库位置5。 @* ust>7  
{p<Zbm.  
[1G^/K"  
SI:ifR&T  
Qx3eLfm  
,El!fgL  
YUWn;#  
于是，对保存在透镜库4的透镜进行制造调整。使用FAMC指令(FAMC是制造调整MC)分析统计数据。代码如下： ?uLeFD  
FAMC 50 4 QUIET -1 ALL 5  ！测试透镜库4中的50片透镜，按照预计公差来制作透镜，然后监控对比所有透镜质量，将最坏透镜结果保存在透镜库5 ~+F;q vq  
PASSES 20           ！对第一阶段(PHASE 1)优化的迭代次数 D@ek9ARAq  
FAORDER 5 3 1  ！透镜制造序列，按难度排序，最复杂的透镜放首位 WN]<q`.  
"f.Z}AbP  
PHASE 1              ！第一阶段，优化透镜参数 kma?v B  
PANT YPDf Y<?v  
VLIST RAD 1 2 3 4 5 6 .d<W`%[  
VLIST TH 2 4 6 a6xj
\w  
END =3xE:  
xl9aV\
W  
AANT 1`0#HSO  
GSO 0 1 5 M 0 hf6f.Z  
GNO 0 1 5 M 1   uzOYVN$t  
END LaFZ?7@|}  
SNAP g2cVZ!GIj  
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 W~n.Xeu{C  
6=_~0PcY  
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 [IZM.r`Z  
PANT ~"x5U{K48S  
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 q<vf,D@{ !  
VY 3 XDC 2 100 -100   ！改变表面3的X方向偏心 Y,S\2or$  
VY 5 YDC 2 100 -100 h!@,8y[B  
VY 5 XDC 2 100 -100 )Q;978:  
VY 6 TH                        ！改变表面6的厚度 k3!a$0Bs;  
END PG%0yv%  
AANT &n2e  
GNO 0 1 4 M 0 0 0 F ='?:z2lJ  
GNO 0 1 4 M 1 0 0 F   C]u',9,  
END dIweg=x  
SNAP I5ss0JSl/  
SYNO 30 )}v3q6?_  
-;(Q1)&  
PHASE 3 ！第三阶段；当遇到第三阶段的输入，程序循环整个过程 @LE[ac  
,Z9>h[JF  
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。 j1$8#/r;c  
K]oM8H1  
q}|U4MJm  
再次在CW中输入MC PLOT，得到MC直方图： ,V] ]:eR  
Ue:z1p;g  
YB))S!;Ok  
Nt`b;X&  
}l0&a!C  

很好的文章

谢谢楼主分享！！

资料非常不错，必须点赞！