SYNOPSYS 光学设计软件课程六：三阶像差的重要性
te jpY
PklJU:Pu\U
很多镜头设计初学者和许多镜头设计师都认为，像差必须得到很好的控制。 他们只说对了一部分 - 但这些要求总是指三阶像差，但如果要求三阶像差都为零。 这是不明智的。 rQp Q qBu
复制以下透镜文件并将其粘贴到EE编辑器中并运行它。 这是一个五片式透镜。 %[ o($a$
RLE lf R}cx
ID FIVE-ELEMENT LENS 124 fM*aZc*Y
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 @TzUc E
APS 5 FL0yRF5
UNITS MM Z 2$S'}F
OBB 0.000000 10.00000 25.40000 -8.63996 0.00000 0.00000 'Q.5` o
25.40000 X|R"8cJ
MARGIN 1.270000 ,wy Eo>>4)
BEVEL 0.254001 G('UF1F
0 AIR )"E1/$*k
1 RAD 73.9295960000000 TH 12.00000000 !!~r1) zN
1 N1 1.79798347 N2 1.80318130 N3 1.81530119 h N!{/Gc|
1 GTB S 'LASFN30 ' WO^]bR
1 EFILE EX1 34.000000 34.000000 34.000000 0.000000 7sVO?:bj}
1 EFILE EX2 34.000000 34.000000 0.000000 v~YGef;D
2 RAD -263.9335099999995 TH 5.22356650 AIR y'^b{q@
2 EFILE EX1 34.000000 34.000000 34.000000 ZiaFByLy
3 RAD -81.3505230000000 TH 6.00000000 W&&C[@Jd3
3 N1 1.83648474 N2 1.84664080 N3 1.87201161 8>X] wA6q
3 CTE 0.830000E-05 UHIXy#+o 5
3 GTB S 'SF57 ' gf/<sH2}
3 EFILE EX1 31.841015 33.619003 34.000000 0.000000 F C=N}5u
3 EFILE EX2 33.365005 33.365005 0.000000 A
"'h0D
4 RAD 553.8617899999995 TH 19.92504900 AIR b~TTz`HZ
4 EFILE EX1 33.365005 33.365005 34.000000 *I k/Vu%;
5 CV 0.0000000000000 TH 13.18557900 AIR ]l
6 RAD 169.2089400000000 TH 9.00000000 1XHE:0!dQ
6 N1 1.67418625 N2 1.67790015 N3 1.68646733 %Bg>=C)^(1
6 GTB S 'LAKN12 ' J Pg^h
6 EFILE EX1 25.241916 25.241916 25.495917 0.000000 %V# ? 1{
6 EFILE EX2 25.241916 25.241916 0.000000 @U =~ c9
7 RAD -83.9867310000000 TH 0.10051658 AIR UGoB7TEfn
7 EFILE EX1 25.241916 25.241916 25.495917 4-C'2 ?
8 RAD 39.2493850000000 TH 34.99484900 5tY/ d=\k
8 N1 1.67418625 N2 1.67790015 N3 1.68646733 58o&Dv6?
8 GTB S 'LAKN12 ' >#Bu [nD%
8 EFILE EX1 22.063038 22.063038 22.063038 0.000000 D28> e
8 EFILE EX2 22.063038 22.063038 0.000000 jk% H+<FU`
9 RAD -24.3037950000000 TH 3.00000000 lKS 2OOYC`
9 N1 1.79607463 N2 1.80516268 N3 1.82772732 bP uO~#iN~
9 CTE 0.810000E-05 J{n A
?[
9 GTB S 'SF6 ' L#!m|_M z
9 EFILE EX1 12.935701 12.935701 13.697701 0.000000 TA~ZN^xI
9 EFILE EX2 11.336482 13.443700 0.000000 )X8N|W>vh
10 RAD 38.6888290000000 TH 7.79631890 AIR FrV8_ [
10 EFILE EX1 11.336482 13.443700 13.697701 aT BFF
11 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR (!9+QXb'
END _k(&<1i
<s'0<e!./t
让我们制作一个可以有效控制三阶像差的优化MACro。 = L{-Hu/j
在EE编辑器中，输入（L6M1.MAC） 1buO&q!v n
PANT z<9Llew^e
VLIST RAD ALL VLIST TH ALL -Q%Pg<Q-#
VLIST GLM 1 3 6 8 9 END Z !l]v.S
IL"N_ux~w~
AANT "2PT]!
M 1 1 A FNUM oZi{v]4
M 7.8 1 A BACK O! _d5r&,
M 0 1 A DELF ]q&NO(:kbq
M 0 1 A SA3 FRayB VHL
M 0 1 A CO3 8K&=]:(
M 0 1 A TI3 Ss\FSEN!/
M 0 1 A SI3 4"\%/kG
M 0 1 A PETZ 9d!m Gnl
M 0 1 A DI3 -_Kw 3x
M 0 1 A PAC *0<)PJ T
M 0 1 A SAC BW"24JhF"
M 0 1 A PLC y!_8m#n S
M 0 1 A SLC pB7^l|\]
END t~8H~%T>v
3h}i="i
SNAP ]3 QW\k~
SYNO 30 Hk=HO|&<XB
'UC1 !Z
该MACro将改变所有设计变量并控制F/number ，离焦和后焦距，并同时以三阶像差校正为零作为目标。 输入VLIST RAD ALL将改变所有半径，VLIST TH ALL将改变所有厚度和空气间隔，本例中我们不建议使用VLIST GLM ALL命令，因为该命令将会改变透镜的材料，在这个例子中，我们必须单独声明表面。 wGx H
我们运行这个MACro，得到了一个糟糕的结果！ >G As&\4hs
我们用命令查看三阶像差 1had8K-
THIRD GH`y-Ul'K
SYNOPSYS AI>THIRD A>_,tt
y>^0q/=]?O
ID FIVE-ELEMENT LENS 179 01-JUN-17 13:49:05 rU 1Ri
THIRD-ORDER ABERRATION ANALYSIS DZ9^>`*
FOCAL LENGTH ENT PUP SEMI-APER GAUSS IMAGE HT ,
Y lS
50.804 25.400 8.958 %N0m $*
L<6nM
;d
THIRD-ORDER ABERRATION SUMS "+Sq}WR
SPH ABERR COMA TAN ASTIG SAG ASTIG PETZVAL DISTORTION F 6C7k9
(SA3) (CO3) (TI3) (SI3) (PETZ) (DI3(FR)) FOjX,@x&
-9.657E-06 -0.00027 -3.991E-05 -6.235E-06 1.060E-05 -0.00056 lR]FQnZ
PARAXIAL CHROMATIC ABERRATION SUMS > }kZXeR|
AX COLOR LAT COLOR SECDRY AX SECDRY LAT 5Sb-Bn
(PAC) (PLC) (SAC) (SLC) '6L@l
-0.00276 -0.00027 0.01062 0.00112 =r3g:j/>q
SYNOPSYS AI> SIc~cZ!Yu
ImbA2Gcs
结果显示 这些像差非常小。那么初始透镜的像差怎么样？ vJS}_j]_@
ID FIVE-ELEMENT LENS DhD##5 a
r`< x@,
THIRD-ORDER ABERRATION ANALYSIS +[4y)y`
FOCAL LENGTH ENT PUP SEMI-APER GAUSS IMAGE HT jB l$r{L
50.800 25.400 8.957 vG\
b `
0|8cSE<
i
THIRD-ORDER ABERRATION SUMS 6?[SlPPE1
SPH ABERR COMA TAN ASTIG SAG ASTIG PETZVAL DISTORTION 7nP{a"4_
(SA3) (CO3) (TI3) (SI3) (PETZ) (DI3(FR)) Ge^,hAM'
-0.01806 -0.03730 -0.04236 -0.08744 -0.10998 -0.01754 7xYz9r)w`
G\^<MR |
PARAXIAL CHROMATIC ABERRATION SUMS Mc$rsqDz
AX COLOR LAT COLOR SECDRY AX SECDRY LAT
eC L_c>3!
(PAC) (PLC) (SAC) (SLC) PWkSl
-0.01215 0.01518 0.00724 0.00478 [ jrfh>v
MH 0wpHz
这些像差要大得多 - 但初始透镜性能要好得多！ 所以在像差平衡方面，不要试图将像差校正到极端状态。 .L]5,#2([
一般人们在设计透镜时，通常只关心两件事：图像是否清晰，是否在正确的位置。 +wQ}ZP&
然而，这些三阶像差在降低公差敏感度上有很重要的作用。 这是因为，当透镜制造偏差越大，三阶像差变化最快。 因此，我们定义了一组可以放入AANT文件的八个定义像差的命令： [JV?Mdzu
SAT COT ACD ACT ECD ECT ESA ECO k4E9=y ?
以下是如何使用这些像差来放宽透镜公差的示例。 我们优化了下面所示的透镜，并以目标波前权重0.05运行BTOL。 VE }r'MBk
RLE q- 0q:
ID 8-ELEMENT TELEPHOTO 236 ~$hR:I 1
FNAME 'L6L2.RLE ' q03+FLEfC
MERIT 0.145212E-01 LOG 236 %5 nEyZOq
WAVL .6562700 .5875600 .4861300 T8Q _JQ
APS 4 '?g&);4)k-
GLOBAL ]>%2,+5
XODp[+xEEt
UNITS MM 5?([jAOf
OBB 0.000000 5.00000 25.40000 -0.88448 0.00000 0.00000 :"H? phk
25.40000 '2|P- /jU
0 AIR `(=?k[48
1 RAD 107.5431718565176 TH 11.00000000 #;?/fZjY
1 N1 1.61726800 N2 1.62040602 N3 1.62755182 b#R$P]dr=
1 CTE 0.630000E-05 {TdxsE >
1 GTB S 'SK16 ' gGx(mX._L?
2 RAD -349.2713337442812 TH 3.00000000 sg49a9`8
2 N1 1.69220502 N2 1.69894060 N3 1.71544645 #kA?*i[T
2 CTE 0.790000E-05 E'5KJn;_7
2 GTB S 'SF15 ' `"<hO
'W U
3 RAD -2.9912862137173E+05 TH 1.00000001 AIR }^ j8<
TH 1.00000001 AIR ^ meU&
TH 5.00000000 5FF28C)>/
5 N1 1.51981155 N2 1.52248493 N3 1.52859442 >yHtGIHe-
5 CTE 0.820000E-05 lyyf&?2
5 GTB S 'K5 ' Q
w - z
6 RAD -90.4865897926554 TH 1.35282284 AIR { 9.UeVz
7 RAD -87.2286998720792 TH 3.00000000 " Up(Vj@
7 N1 1.61502503 N2 1.62003267 N3 1.63207204 8eYEi
7 CTE 0.820000E-05 1i_%1Oip
7 GTB S 'F2 ' 5X>~3 9(r
8 RAD 491.7930148457936 TH 73.15839431 AIR c h((u(G
9 RAD 218.6390525466715 TH 6.00000000 j+{cc: h"X
9 N1 1.61502503 N2 1.62003267 N3 1.63207204 o?j8"^!7
9 CTE 0.820000E-05 Aq$1 #1J
9 GTB S 'F2 ' V 0W4M%
10 RAD -99.1627747164714 TH 3.00000000 FQ`1c[M@
10 N1 1.51981155 N2 1.52248493 N3 1.52859442 B3u/
y
10 CTE 0.820000E-05 dNF_ T?E\
10 GTB S 'K5 ' %<[{zd1C-
11 RAD -182.3746109793576 TH 45.48880137 AIR 9F?-zn;2s
12 RAD -67.5075897018110 TH 3.00000000 ~TeOl|!lE+
12 N1 1.61726800 N2 1.62040602 N3 1.62755182 $xq04ejJ
12 CTE 0.630000E-05 8oXp8CC
12 GTB S 'SK16 ' \Q1& w2mw
13 RAD -40.7083005956173 TH 7.00000000 D
.LR-Z
13 N1 1.61502503 N2 1.62003267 N3 1.63207204 VmN 7a6a
13 CTE 0.820000E-05 m<kJH<! j
13 GTB S 'F2 ' hvNK"^\p
14 RAD -832.2479524920537 TH 86.31660394 AIR H W,v "
14 CV -0.00120156 BHYguS^ qz
14 UMC -0.10260000 \~(kGE--+
14 TH 86.31660394 ;aX?K/
14 YMT 0.00000000 \ _ 6
15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ZH8 w^}
END ?!/8~'xA6
-1d*zySL
一些公差降低得非常快速，如下表所示，其中标称数据是针对此透镜的。 GKSF(Tnj
将透镜位置保持公差很紧导致制造成本将会很昂贵。（看看表面7上的中心公差。）所以我们按如下方式进行： &}7R\co3
1.运行命令THIRD SENS，查看这些参数的当前值。 SK^(7Ws~0
THIRD SENS kR^h@@'F"
ID 8-ELEMENT TELEPHOTO 1_v\G
}1~9i'o%Z
NORMALIZED 3RD-ORDER ANALYSIS OF TOLERANCE SENSITIVITY (xVx|:R[<H
I"x |U[*B
SS OF SA3 BY SURFACE (SAT) = 85.107903 !G0Mg; ,
SS OF CO3 BY SURFACE (COT) = 21.404938 ; '
vkF
SS OF CO3/YDC BY SURFACE (ACD) = 0.007657 Z f<T`'_d
SS OF CO3/TILT BY SURFACE (ACT) = 73.889722 D1 v0`od'
SS OF CO3/YDC BY ELEMENT (ECD) = 0.003941 U` HY
eJ
SS OF CO3/TILT BY ELEMENT (ECT) = 31.259708 L?N-uocT
SS OF SA3 BY ELEMENT (ESA) = 1.944190 x9a\~XL>a
SS OF CO3 BY ELEMENT (ECO) = 0.492351 9&.md,U '
=BE !
2.由于我们主要关注中心误差，我们可能会尝试降低ECD的值，即当元件偏心变化时，CO3的变化。 让我们添加到AANT文件（在L6M2.MAC中）的行 g52)/HM
M .001 100 A ECD5 G)t-W %D&
\4G9YK-N>
由于ECD已经是一个很小的数字（与列表中的其他数字相比），我们给它一个很高的权重，因此它对评价函数产生了影响。 请记住，我们不能简单地将所有这些值都定为零，因为通常不能设计没有任何像差的透镜元件，并且没有光焦度。 而且，这些量以不明显的方式耦合。 例如，如果减少SAT的值，您可能会发现COT也变小了。 nGYi mRYO
你不能给他们各自分配一个独立的值，并期望程序可以自己找到这样的组合。 因此，明智的做法是一次一个地进行，直到找到最适合您透镜的参数。 在这个例子中，控制ECD的值，即可得到透镜。 l"n S +z
THIRD SENS xP&7i' ag
ID 8-ELEMENT TELEPHOTO Yk|.UuXT
NORMALIZED 3RD-ORDER ANALYSIS OF TOLERANCE SENSITIVITY SS OF SA3 BY SURFACE (SAT) = 7.027782 1Q? RD%lkf
SS OF CO3 BY SURFACE (COT) = 4.876613 <bSPKTKL
SS OF CO3/YDC BY SURFACE (ACD) = 0.001649 ~ +Pe=~a[
SS OF CO3/TILT BY SURFACE (ACT) = 19.621736 &Mudu/KTr
SS OF CO3/YDC BY ELEMENT (ECD) = 0.001064 x 4L3Z_ _
SS OF CO3/TILT BY ELEMENT (ECT) = 8.602740 $ B&Zn Z?
SS OF SA3 BY ELEMENT (ESA) = 0.185606 -)')PV_+
SS OF CO3 BY ELEMENT (ECO) = 0.127624 su1fsoL0
!bYVLFp=\_
即使我们只针对其中一个（ECD），请注意所有值都已更改。 该透镜的公差列于上表中的情况A.。显然，现在的公差要宽松得多，尽管这对制造商来说仍然是一个挑战。 让我们再试一试。 这次我们将ACT的值定为7.0，即标称值的1/10。 0;">ETh=
M 7 1 A ACT M|%bxG^l
RO/(Ldh
透镜视图如下： #Pf<2S
公差列在上面的案例B中。 对于一些公差来说，这可能是更好的预估。 （我们忽略了本课程的可制造性问题：某些元件太薄，应该使用ACM监视器进行控制。） @P75f5p}<
您选择控制的数量取决于您想要影响的公差。 例如，空气间隔的公差可以响应对ESA数量的控制。 另一方面，透镜厚度公差可能对SAT更好地响应。 您必须了解您的透镜，并尝试使用这些工具，以找到最佳目标和最佳BTOL预估。 DgW@v[#BK=
有时这些量的作用是增加评价函数。 通常这不是一个好主意，因为如果像质变得更糟，公差通常会变得更紧。 但是，本课中工具的放松效果有时会超过这种效果，无论如何都会使公差更加宽松。 当然，这只能在一定程度范围之内，如果评价函数太大，你的评价函数应该要求一个要求较低的值。 Pvi2j&W84
我们无法保证任何这些像差目标在任何特定情况下都能起作用，但经验表明它们肯定值得一试。 您的公差可以放宽2到10倍。 !3k-' ),z&
最后，我们提到控制单个元件灵敏度的另一种非常有效的方法是使用SECTION像差。 虽然本课程中讨论的数量适用于所有表面或元件，因此非常易于使用，但SECTION像差仅适用于您指定的表面范围。 如果一个元件仍然被分配了一个非常紧的中心公差，即使你尝试了本节中给出的目标 - 如果某些元件的公差变得更宽松但问题元件的公差变得更紧，可能会发生这种情况 - 你可能只控制那个含彗差或球差的元件。 这使您可以精确控制所需的像差，并且通常值得采取额外步骤。 例如，如果表面13和14处的元件非常敏感，您可以尝试 , h'Q
M 0 .1 A SECTION SA3 13 14 d<Q%h?E
LDHu10l
并尝试目标和权重直到获得最佳效果。
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