SYNOPSYS 光学设计软件课程六:三阶像差的重要性
*Roqie :\F1S:&P 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。 <Toy8-kj 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。 }h+{>{2j RLE q@&6&cd ID FIVE-ELEMENT LENS 124 Dq[Z0"8 WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ^61;0 APS 5 #ZyY(S1. UNITS MM nKnQ%R OBB 0.000000 10.00000 25.40000 -8.63996 0.00000 0.00000 5V*R
Dh 25.40000 q|ZzGEj:OV MARGIN 1.270000 (yK@(euG BEVEL 0.254001 U
ATF}x
0 AIR %?X6TAtH 1 RAD 73.9295960000000 TH 12.00000000 83!{?EPE 1 N1 1.79798347 N2 1.80318130 N3 1.81530119 mFrDV,V 1 GTB S 'LASFN30 ' +5x{|!Pn 1 EFILE EX1 34.000000 34.000000 34.000000 0.000000 EC/=JlL`5 1 EFILE EX2 34.000000 34.000000 0.000000 ]4onY> 2 RAD -263.9335099999995 TH 5.22356650 AIR b6NGhkr'\ 2 EFILE EX1 34.000000 34.000000 34.000000 A~X| vW 3 RAD -81.3505230000000 TH 6.00000000 eb>jT: 3 N1 1.83648474 N2 1.84664080 N3 1.87201161 xnOd$] 3 CTE 0.830000E-05 .
e_VPKF| 3 GTB S 'SF57 ' e<$s~ UXv 3 EFILE EX1 31.841015 33.619003 34.000000 0.000000 7{lWg x 3 EFILE EX2 33.365005 33.365005 0.000000 43,baeG 4 RAD 553.8617899999995 TH 19.92504900 AIR 2jF}n*[OW 4 EFILE EX1 33.365005 33.365005 34.000000 ]@!3os,CNF 5 CV 0.0000000000000 TH 13.18557900 AIR 5)C`W]JE 6 RAD 169.2089400000000 TH 9.00000000 8?hZ5QvA(j 6 N1 1.67418625 N2 1.67790015 N3 1.68646733 8?N![D\@ 6 GTB S 'LAKN12 ' $ftxid8 6 EFILE EX1 25.241916 25.241916 25.495917 0.000000 4Opf[3] 6 EFILE EX2 25.241916 25.241916 0.000000 az[# q 7 RAD -83.9867310000000 TH 0.10051658 AIR O>"T* 7 EFILE EX1 25.241916 25.241916 25.495917 BA8g[TA7K 8 RAD 39.2493850000000 TH 34.99484900 9qkJ< 8 N1 1.67418625 N2 1.67790015 N3 1.68646733 Y|6gg 8 GTB S 'LAKN12 ' qVW3oj<2 8 EFILE EX1 22.063038 22.063038 22.063038 0.000000 ws<pBC,m 8 EFILE EX2 22.063038 22.063038 0.000000 VG_xNM 9 RAD -24.3037950000000 TH 3.00000000 1i&|}" 9 N1 1.79607463 N2 1.80516268 N3 1.82772732 K;ocs?rk/ 9 CTE 0.810000E-05 uD\rmO{ 9 GTB S 'SF6 ' ~ycWcZi> 9 EFILE EX1 12.935701 12.935701 13.697701 0.000000 mu2|%$C;$ 9 EFILE EX2 11.336482 13.443700 0.000000 @<3kj
R?j 10 RAD 38.6888290000000 TH 7.79631890 AIR &2nICAN[ 10 EFILE EX1 11.336482 13.443700 13.697701 >8|V[-H 11 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR R|92T*h END A=sz8?K+` seVT|z 让我们制作一个可以有效控制三阶像差的优化MACro。 E|A~T7G= 在EE编辑器中,输入(L6M1.MAC) D?FmlDTr[ PANT hU3sEOm> VLIST RAD ALL VLIST TH ALL XAN.Plk VLIST GLM 1 3 6 8 9 END [A'e7Do%' WRrg5&._q AANT nlZJ}xZ M 1 1 A FNUM |]~], M 7.8 1 A BACK oB(9{6@N M 0 1 A DELF .kTOG'K\e M 0 1 A SA3 Qxfds`4V9i M 0 1 A CO3 1vYa&! M 0 1 A TI3 y;%\w-.\ M 0 1 A SI3 8JXS:J.|v M 0 1 A PETZ H43d[@h M 0 1 A DI3 {e1sq^>| M 0 1 A PAC >)HKruSW. M 0 1 A SAC MEu{'[C M 0 1 A PLC >2v<;. M 0 1 A SLC $pIo`F _W END DyCkz"1S Gx*B(t]4y SNAP ?zf3AZ9 SYNO 30 Res4;C &Ez+4.srkh 该MACro将改变所有设计变量并控制F/number ,离焦和后焦距,并同时以三阶像差校正为零作为目标。 输入VLIST RAD ALL将改变所有半径,VLIST TH ALL将改变所有厚度和空气间隔,本例中我们不建议使用VLIST GLM ALL命令,因为该命令将会改变透镜的材料,在这个例子中,我们必须单独声明表面。 -q(*)N5.2 我们运行这个MACro,得到了一个糟糕的结果! _4T7Vg'' 我们用命令查看三阶像差 T7-yZSw-m THIRD /l+"aKW
2 SYNOPSYS AI>THIRD Yr\quinLL d)0|Q ID FIVE-ELEMENT LENS 179 01-JUN-17 13:49:05 hkRqtpYK THIRD-ORDER ABERRATION ANALYSIS /([a%,DI FOCAL LENGTH ENT PUP SEMI-APER GAUSS IMAGE HT ?M^qSo=/~ 50.804 25.400 8.958 }=B~n0 ~~O4!|t THIRD-ORDER ABERRATION SUMS '-mzt~zGOY SPH ABERR COMA TAN ASTIG SAG ASTIG PETZVAL DISTORTION ,M:[GuXD< (SA3) (CO3) (TI3) (SI3) (PETZ) (DI3(FR)) JmeE}:5lpj -9.657E-06 -0.00027 -3.991E-05 -6.235E-06 1.060E-05 -0.00056 }=JSd@`_ PARAXIAL CHROMATIC ABERRATION SUMS F8#MI
G AX COLOR LAT COLOR SECDRY AX SECDRY LAT 1]Cdfj6@ (PAC) (PLC) (SAC) (SLC) D2J)qCK1) -0.00276 -0.00027 0.01062 0.00112 ysCK_ SYNOPSYS AI> v2a(yH ^y%8_r& 结果显示 这些像差非常小。那么初始透镜的像差怎么样? EPA
2_ ID FIVE-ELEMENT LENS I_e7rE0` 8hYl73# THIRD-ORDER ABERRATION ANALYSIS %zo
6A1Q; FOCAL LENGTH ENT PUP SEMI-APER GAUSS IMAGE HT q#1G4l. 50.800 25.400 8.957 Qn~{TZz [XH,~JZJj THIRD-ORDER ABERRATION SUMS ]o8yZ x SPH ABERR COMA TAN ASTIG SAG ASTIG PETZVAL DISTORTION #s' `bF^ (SA3) (CO3) (TI3) (SI3) (PETZ) (DI3(FR)) x iz+R9p -0.01806 -0.03730 -0.04236 -0.08744 -0.10998 -0.01754 /0!.u[t)~ tc{l?7P PARAXIAL CHROMATIC ABERRATION SUMS
E(wS6 AX COLOR LAT COLOR SECDRY AX SECDRY LAT B.KK@ (PAC) (PLC) (SAC) (SLC) Spu; -0.01215 0.01518 0.00724 0.00478 >FS%-eI6 I[b{*g2Zw 这些像差要大得多 - 但初始透镜性能要好得多! 所以在像差平衡方面,不要试图将像差校正到极端状态。 !T2{xmHKv$ 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。 6,|>;,U7 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: lHPnAaue@ SAT COT ACD ACT ECD ECT ESA ECO HR?bnkv|id 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。 gI9nxy RLE ?* r ID 8-ELEMENT TELEPHOTO 236 SL`; `// FNAME 'L6L2.RLE ' _00}O+GLM4 MERIT 0.145212E-01 LOG 236 )A6=P%;}>I WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ,L<x=Dg APS 4 CIsX$W GLOBAL j}K3YfH
DZ4gp UNITS MM LE~vSm^# OBB 0.000000 5.00000 25.40000 -0.88448 0.00000 0.00000 V|F/ynJfA 25.40000 (kyRx+gA 0 AIR K>5bb 1 RAD 107.5431718565176 TH 11.00000000 .gNziDO
1 N1 1.61726800 N2 1.62040602 N3 1.62755182 1<m.Q* 1 CTE 0.630000E-05 X\w["!B 1 GTB S 'SK16 ' P.g./8N`z 2 RAD -349.2713337442812 TH 3.00000000 *3OlWnZ? 2 N1 1.69220502 N2 1.69894060 N3 1.71544645 q2OF-.rE 2 CTE 0.790000E-05 eD3\>Y.z 2 GTB S 'SF15 ' eu8a< 3 RAD -2.9912862137173E+05 TH 1.00000001 AIR M+^ NF\ TH 1.00000001 AIR iQ1[60?)T TH 5.00000000 P #8+1iC1 5 N1 1.51981155 N2 1.52248493 N3 1.52859442 ,_/\pX0 5 CTE 0.820000E-05 8kr$w$=q 5 GTB S 'K5 ' b|G~0[g 6 RAD -90.4865897926554 TH 1.35282284 AIR N H:Bdl3 7 RAD -87.2286998720792 TH 3.00000000 {.0I!oWv 7 N1 1.61502503 N2 1.62003267 N3 1.63207204 0v6Z4Ahpo 7 CTE 0.820000E-05 J5O/c,?g 7 GTB S 'F2 ' 1HqN`])l/j 8 RAD 491.7930148457936 TH 73.15839431 AIR ~IPATG 9 RAD 218.6390525466715 TH 6.00000000 qsN_EMgbdn 9 N1 1.61502503 N2 1.62003267 N3 1.63207204 g;OR{ 9 CTE 0.820000E-05 b"`Q&V. 9 GTB S 'F2 ' H;@0L}Nu+} 10 RAD -99.1627747164714 TH 3.00000000 1}SON4U 10 N1 1.51981155 N2 1.52248493 N3 1.52859442 }6 u)wF5 10 CTE 0.820000E-05 K6)IBV; 10 GTB S 'K5 ' ?' mP`9I 11 RAD -182.3746109793576 TH 45.48880137 AIR aqI m W 12 RAD -67.5075897018110 TH 3.00000000 WX`wz>KK^ 12 N1 1.61726800 N2 1.62040602 N3 1.62755182 d_f*'M2Gv 12 CTE 0.630000E-05 ME$J?3r 12 GTB S 'SK16 ' wr(*RI" 13 RAD -40.7083005956173 TH 7.00000000 wlh%{l 13 N1 1.61502503 N2 1.62003267 N3 1.63207204 ^y93h8\y 13 CTE 0.820000E-05 nB[B
FVkU 13 GTB S 'F2 ' [9}<N2,9z 14 RAD -832.2479524920537 TH 86.31660394 AIR :/Z1$xS 14 CV -0.00120156 Fo5UG2E& 14 UMC -0.10260000 #,FXc~ V 14 TH 86.31660394 33a}M;vx 14 YMT 0.00000000 cRCji^,KJ 15 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR /,j'Vr\" END nE0I [T( \{Je!# 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。 `#r/L@QI 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: n:?a=xY 1.运行命令THIRD SENS,查看这些参数的当前值。 7TU77 THIRD SENS q1 BpE8 ID 8-ELEMENT TELEPHOTO !c0x^,iE \<y|[ NORMALIZED 3RD-ORDER ANALYSIS OF TOLERANCE SENSITIVITY U[q3 9FR u@+^lRGFh SS OF SA3 BY SURFACE (SAT) = 85.107903 }dqOE-"I"n SS OF CO3 BY SURFACE (COT) = 21.404938 /?|;f2tbV2 SS OF CO3/YDC BY SURFACE (ACD) = 0.007657 ADP3Nic SS OF CO3/TILT BY SURFACE (ACT) = 73.889722 }s#4m SS OF CO3/YDC BY ELEMENT (ECD) = 0.003941 <h<_''+ SS OF CO3/TILT BY ELEMENT (ECT) = 31.259708 [iyhrc:@ SS OF SA3 BY ELEMENT (ESA) = 1.944190 $bBUL C SS OF CO3 BY ELEMENT (ECO) = 0.492351 AT2D+Hi=E zP@\rZ @4 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 %x}Unk M .001 100 A ECD5 8{7'w|/;.{ Fa </ 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。 JuRWR0@` 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。 Xg;<?g?k THIRD SENS %+;am Rb ID 8-ELEMENT TELEPHOTO )U0I|dx NORMALIZED 3RD-ORDER ANALYSIS OF TOLERANCE SENSITIVITY SS OF SA3 BY SURFACE (SAT) = 7.027782 Y9%zo~]-W' SS OF CO3 BY SURFACE (COT) = 4.876613 mM+^v[= SS OF CO3/YDC BY SURFACE (ACD) = 0.001649 `}}|QP5xG SS OF CO3/TILT BY SURFACE (ACT) = 19.621736 :g-vy9vb SS OF CO3/YDC BY ELEMENT (ECD) = 0.001064 e;"%h%' SS OF CO3/TILT BY ELEMENT (ECT) = 8.602740 \9sJ`,T? SS OF SA3 BY ELEMENT (ESA) = 0.185606 *Ct
^jU7 SS OF CO3 BY ELEMENT (ECO) = 0.127624 EU Oa8Z A9Pq}3U 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。 3cNr~`7 M 7 1 A ACT JiXN"s^mcb Z%SDN"+'g 透镜视图如下: 9/R=_y- 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。) M{Vi4ehOq 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。 =}e{U&CX 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。 JxRn)D 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。 jT-tsQ ., 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 [LbCG M 0 .1 A SECTION SA3 13 14 :D !/.0 <#T#+uO 并尝试目标和权重直到获得最佳效果。
|