SYNOPSYS 光学设计软件课程六: 三阶相差的重要性

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课程六：三阶相差的重要性

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。

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。

RLEID FIVE-ELEMENT LENS  124    WAVL .6562700 .5875600 .4861300    APS  5    UNITS MM    OBB  0.000000  10.00000  25.40000  -8.63996  0.00000  0.0000025.40000    MARGIN  1.270000    BEVEL  0.254001        0  AIR        1 RAD  73.9295960000000  TH  12.00000000        1 N1 1.79798347 N2 1.80318130 N3 1.81530119        1  GTB S  'LASFN30  '        1  EFILE EX1  34.000000  34.000000  34.000000  0.000000        1  EFILE EX2  34.000000  34.000000  0.000000        2  RAD  -263.9335099999995  TH  5.22356650 AIR        2  EFILE EX1  34.000000  34.000000  34.000000        3  RAD  -81.3505230000000  TH  6.00000000        3  N1 1.83648474 N2 1.84664080 N3 1.87201161        3  CTE  0.830000E-05        3  GTB S  'SF57  '        3  EFILE EX1  31.841015  33.619003  34.000000  0.000000        3  EFILE EX2  33.365005  33.365005  0.000000        4  RAD  553.8617899999995  TH  19.92504900 AIR        4  EFILE EX1  33.365005  33.365005  34.000000        5  CV  0.0000000000000  TH  13.18557900 AIR        6  RAD  169.2089400000000  TH  9.00000000        6  N1 1.67418625 N2 1.67790015 N3 1.68646733        6  GTB S  'LAKN12  '        6  EFILE EX1  25.241916  25.241916  25.495917  0.000000        6  EFILE EX2  25.241916  25.241916  0.000000        7  RAD  -83.9867310000000  TH  0.10051658 AIR        7  EFILE EX1  25.241916  25.241916  25.495917        8  RAD  39.2493850000000  TH  34.99484900        8  N1 1.67418625 N2 1.67790015 N3 1.68646733        8  GTB S  'LAKN12  '        8  EFILE  EX1  22.063038  22.063038  22.063038  0.000000        8  EFILE  EX2  22.063038  22.063038  0.000000        9 RAD  -24.3037950000000  TH  3.00000000        9 N1 1.79607463 N2 1.80516268 N3 1.82772732        9 CTE  0.810000E-05        9  GTB S  'SF6    '        9  EFILE  EX1  12.935701  12.935701  13.697701  0.000000        9  EFILE  EX2  11.336482  13.443700  0.000000        10 RAD  38.6888290000000  TH  7.79631890 AIR        10 EFILE EX1  11.336482  13.443700  13.697701        11 CV  0.0000000000000  TH  0.00000000 AIR    END

让我们制作一个可以有效控制三阶像差的优化 MACro。

在 EE 编辑器中，输入（L6M1.MAC）

PANTVLIST RAD ALLVLIST TH ALLVLIST GLM 1 3 6 8 9ENDAANTM 1 1 A FNUMM 7.8 1 A BACKM  0  1  A  DELFM  0  1  A  SA3M  0  1  A  CO3M  0  1  A  TI3M  0  1  A  SI3M  0  1  A  PETZM  0  1  A  DI3M  0  1  A  PACM  0  1  A  SACM  0  1  A  PLCM  0  1  A  SLCENDSNAPSYNO 30

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。

我们运行这个 MACro，得到了一个糟糕的结果！

我们用命令查看三阶像差

结果显示这些像差非常小。那么初始透镜的像差怎么样？

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。

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。

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：

SAT COT ACD ACT ECD ECT ESA ECO

SAT	表面对球差的贡献的平方和 SA3。
COT	表面对慧差贡献的平方和 CO3。
ACD	每个表面偏心时 CO3 变化量的平方和。
ACT	每个表面倾斜时 CO3 变化量的平方和。
ECD	每种元件偏心时 CO3 变化量的平方和。
ECT	每个元件倾斜时 CO3 变化量的平方和。
ESA	元件对球差的贡献的平方和 SA3。
ECO	元件对慧差贡献的平方和 CO3。

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。

RLEID 8-ELEMENT TELEPHOTO         236FNAME 'L6L2.RLE  'MERIT  0.145212E-01LOG    236WAVL .6562700 .5875600 .4861300APS                  4GLOBALUNITS MMOBB  0.000000  5.00000  25.40000  -0.88448  0.00000  0.0000025.40000    0  AIR    1 RAD  107.5431718565176  TH  11.00000000    1 N1 1.61726800 N2 1.62040602 N3 1.62755182    1 CTE  0.630000E-05    1  GTB S  'SK16  '    2 RAD  -349.2713337442812  TH  3.00000000    2 N1 1.69220502 N2 1.69894060 N3 1.71544645    2 CTE  0.790000E-05    2  GTB S  'SF15  '    3 RAD -2.9912862137173E+05  TH  1.00000001 AIR    TH  1.00000001 AIR    TH  5.00000000    5 N1 1.51981155 N2 1.52248493 N3 1.52859442    5 CTE  0.820000E-05    5 GTB S  'K5  '    6  RAD  -90.4865897926554  TH  1.35282284  AIR    7  RAD  -87.2286998720792  TH  3.00000000    7 N1 1.61502503 N2 1.62003267 N3 1.63207204    7 CTE  0.820000E-05    7 GTB S  'F2  '    8  RAD  491.7930148457936  TH  73.15839431  AIR    9  RAD  218.6390525466715  TH  6.00000000    9 N1 1.61502503 N2 1.62003267 N3 1.63207204    9 CTE  0.820000E-05    9  GTB S  'F2  '    10 RAD  -99.1627747164714  TH  3.00000000    10 N1 1.51981155 N2 1.52248493 N3 1.52859442    10 CTE  0.820000E-05    10  GTB S  'K5  '    11  RAD  -182.3746109793576  TH  45.48880137  AIR    12  RAD  -67.5075897018110  TH  3.00000000    12 N1 1.61726800 N2 1.62040602 N3 1.62755182    12 CTE  0.630000E-05    12  GTB S  'SK16  '    13 RAD  -40.7083005956173  TH  7.00000000    13 N1 1.61502503 N2 1.62003267 N3 1.63207204    13 CTE  0.820000E-05    13  GTB S  'F2  '    14 RAD  -832.2479524920537  TH  86.31660394 AIR    14  CV  -0.00120156    14  UMC  -0.10260000    14  TH  86.31660394    14  YMT  0.00000000    15 CV  0.0000000000000  TH  0.00000000 AIREND

1.运行命令 THIRD SENS，查看这些参数的当前值。

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

    M .001 100 A ECD

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。

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。

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来源：武汉墨光