像差學習案例集含像差步驟教學案例教程

SYNOPSYS?光學設計軟件----三階像差

(注：更多精彩技術文章，請關注“武漢墨光”微信公眾號，或者在武漢墨光官網查看技術文章) 概述 C10L1.RLE透鏡的三階像差 THIRD三階像差參數 C10M1.MAC優化后三階像差三階像差結論降低公差靈敏度 THIRD SENS降低公差靈敏度參數設置工作目錄選擇Dbook工作目錄參考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》第10章二維圖 FETCH C10L1.RLE 三階像差 THIRD 三階像差參數 SA3是三階球差 CO3是子午彗差 TI3是子午象散 SI3是弧失象散 PETZ是Petzval場曲 DIS(FR)是畸變 PAC主要軸向色差 PLC主要橫向色差 SAC次要軸向色差 SLC次要橫向色差優化點擊Open MACro按鈕打開C10M1.MAC，點擊Open 點擊Run按鈕三階像差 THIRD UMC求解表面6的曲率半徑，0.1111是0.5/4.5，4.5為F/number，負號是因為邊緣光線在像平面下降。三階像差結論更大的三階像差提供更好的透鏡。在像差平衡方面，不要試圖猜測程序。當你設計一個鏡頭時，你通常只關心兩件事：圖像是否清晰，是否在正確的位置？降低公差靈敏度 FETCH C10L2 THIRD SENS THIRD SENS SENS的意思是程序將評估某些像差組合，其中一些顯示像差對傾斜或偏心的敏感性。

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球面像差 | RP 系列激光分析設計軟件

當使用具有球面的透鏡進行成像應用時，所解釋的效應會導致所謂的球面像差，從而嚴重降低圖像質量。同樣，使用球面透鏡聚焦或準直，激光束會導致光束畸變。在許多情況下，像差效應遠沒有上面所示的球透鏡那么嚴重，因為所涉及的曲率并不那么強。 平板的球面像差 球面像差的問題可以推廣到與相位變化的非理想徑向相關性相關的所有像差。當發散或會聚的光穿過平面平行板時，即使對于平面表面也可能發生這種情況。這主要是因為折射包含正弦函數而不是正切函數，這是避免球面像差所必需的。圖3顯示了一個示例案例。

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光學設計中的像差

本文將以用圖文并茂的方法、較為通俗易懂的方式講述光學設計中的幾種光學像差。像差是什么，像差說白了，就是理想光線與實際光線之間的偏差。為什么要矯正像差，因為像差是影響成像清晰度的主要原因，當然次要原因就是一些環境因素了，而光學設計的目的就是通過鏡片的組合來矯正像差。 ------------------------------------------------------------------------------ 球差初中我們就知道，放大鏡（凸透鏡）可以聚焦，讓光線匯聚去烤螞蟻烤樹葉，但是它會將光線匯聚成一個理想的點嗎，顯然是不能的，如下圖所示。在這種聚焦的時候，光線不能很好的聚集在一個點上，我們稱它為球差。下圖為光線到達像面上的分布形狀，會呈現明顯的彌散環，紅色為標注。那這種偏差怎么去消除呢，方法也很簡單，正負透鏡組合消除球差。因為正透鏡有負球差，負透鏡有正球差。正負組合，正負球差就會抵消，如下圖所示。明顯看到，聚焦的效果已經明顯好了很多，值得注意的是，正透鏡通常為冕牌K玻璃，負透鏡通常為火石F玻璃。 ------------------------------------------------------------------------------ 慧差慧差可以理解成有角度的光線進入系統后在像面上形成的球差，球差是0°角度進入系統的，如下圖所示。慧差在像面上的分布形狀是一個有頭有尾的彗星圖案，所以稱它為慧差。那么慧差怎么去消除呢，其實，在結構正確、優化方法正確的情況下，只要把彌散斑收斂到位，所有的像差都會隨之矯正的，不然強行用操作數減小某一個像差，會給其他像差造成很大的影響。后續的文章中會陸續提到的。

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VirtualLab運用：基于SLM光束整形系統中光學系統像差的研究

光束整形應用需要高性能和低像差的光學系統，如非球面系統。

光刻技術第7期 | 二維與三維矢量成像模型對比-零波像差雙遠心成像

01/簡介零波像差雙遠心物鏡以“視場全域波前畸變趨近于零、物像比例恒定”的特性，成為3D NAND、精密微納制造等場景的核心光學器件，但其對成像模型的維度適配性提出嚴苛要求。二維矢量成像模型雖能滿足平面圖形的偏振態表征需求，卻因忽略深度方向光場耦合與厚掩模衍射效應，無法適配三維堆疊圖形的成像預測。三維矢量成像模型通過全空間矢量光場建模，可精準捕捉雙遠心光路下三維偏振演化與深度衍射規律，成為破解該瓶頸的關鍵。本文以零波像差雙遠心成像為視角，對比二維與三維矢量模型的適配性差異，重點聚焦三維模型的應用機理，為先進三維制程光刻精度提升提供理論支撐。 02/三維矢量成像模型在零波像差雙遠心物鏡中的應用零波像差、雙遠心成像時，物鏡三維偏振像差的偏振追跡矩陣與二維偏振像差的瓊斯矩陣可相互轉換。從瓊斯矩陣轉換為三維偏振追跡矩陣，只需借助物方和像方的變換矩陣：將物方變換矩陣、瓊斯矩陣、像方變換矩陣依次結合，即可得到對應的三維偏振追跡矩陣。而物方、像方變換矩陣的元素，對應的是“物方局部坐標系在全局坐標系中的坐標”“像方局部坐標系在全局坐標系中的坐標”——這些坐標信息是實現矩陣轉換的基礎支撐。這一轉換能力，讓零波像差雙遠心物鏡中的偏振像差處理，能在三維與二維矩陣間靈活切換，適配不同的計算與優化場景。二維-三維坐標系與矩陣轉換光刻成像模型中x-y坐標系（全局）和i-j坐標系（局部）示意圖如圖所示。

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光學成像系統中的像差

球形波在焦點的像差效應通過快速的物理光學軟件VirtualLab Fusion可以很好地研究像差效應。在本周的通訊中，我們選擇了兩個與像差有關的例子：第一個是典型的波前像差如何影響球面波的聚焦模式，第二個是高功率激光二極管的散光如何影響焦點區域的性能。使用自由空間傳播場解算器和局部平面界面近似法（LPIA），衍射、偏振和矢量這些可能會降低圖像的質量的效應都可以包括在研究中，。成像系統的主要功能是盡可能多地收集從每個物體點發出的光，并使這些光錐再次匯聚到像面，從而使每個物體點被統一映射到其在像面上的對應物。這類系統的性能通常是根據物點和像點之間的對應關系維持得如何來判斷的，眾所周知的理論限制是由衍射現象造成的：即使在一個光學系統中，根據幾何光學定律，將來自一個物點的所有光線準確地映射到一個單一的、數學上的像點，衍射也會導致該像點被抹成一個小的、但尺寸有限的斑點。這種衍射受限的情況是成像系統設計的典型目標，衍射受限的領域有一個球形波面。與球形波面的幾何偏差被稱為 "像差"，并使用不同的多項式基數來描述，以幫助量化其強度和形狀。畸變的存在會增加圖像點的涂抹，從而降低成像系統的質量。

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不同像差的焦點.........

摘要不同的波前像差對焦點分布有不同的影響。因此，其對于研究例如成像系統是至關重要的。在VirtualLab Fusion中，可以生成不同的波前像差，并且可以方便地研究它們對焦點分布的影響。作為示例，我們選擇幾種典型的像差（球差，彗差，像散，...），改變它們的值，然后計算相應的焦點分布。建模任務離焦球差像散彗差二階彗差三葉草像差走進VirtualLab Fusion VirtualLab Fusion技術文件信息

不同像差的焦點

摘要不同的波前像差對焦點分布有不同的影響。因此，其對于研究例如成像系統是至關重要的。在VirtualLab Fusion中，可以生成不同的波前像差，并且可以方便地研究它們對焦點分布的影響。作為示例，我們選擇幾種典型的像差（球差，彗差，像散，...），改變它們的值，然后計算相應的焦點分布。建模任務離焦球差像散彗差二階彗差三葉草像差走進VirtualLab Fusion VirtualLab Fusion技術文件信息進一步閱讀 -具有矩形孔徑的系統的先進PSF和MTF計算 -高NA非球面焦點區域的激光模擬

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球面波的像差效應對焦點的影響

摘要不同類型的波前像差對焦點上的特征有單獨的影響。因此，能夠詳細研究這些影響是至關重要的，例如，評估成像系統的性能。在VirtualLab Fusion中，可以產生不同的波前像差，并方便地研究其對焦斑分布的影響。作為例子，我們選擇了幾個典型的像差（球面、彗差、像散、……），改變它們的數值，并計算相應的焦點分布。設計和建模任務導入現有結構文件平面波波長（486，587，656）nm 視場角（40°） x方向線偏振光衍射透鏡波前相位相應真實衍射器件結構離焦球差像散彗差二階彗差三葉草像差 VirtualLab Fusion 技術

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VirtualLab Fusion球面波的像差效應對焦點的影響

摘要不同類型的波前像差對焦點上的特征有單獨的影響。因此，能夠詳細研究這些影響是至關重要的，例如，評估成像系統的性能。在VirtualLab Fusion中，可以產生不同的波前像差，并方便地研究其對焦斑分布的影響。作為例子，我們選擇了幾個典型的像差（球面、彗差、像散、……），改變它們的數值，并計算相應的焦點分布。設計和建模任務導入現有結構文件平面波波長（486，587，656）nm 視場角（40°） x方向線偏振光衍射透鏡波前相位相應真實衍射器件結構離焦球差像散彗差二階彗差三葉草像差 VirtualLab Fusion 技術

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[VirtualLab] 不同像差的焦點

摘要不同的波前像差對焦點分布有不同的影響。因此，其對于研究例如成像系統是至關重要的。在VirtualLab Fusion中，可以生成不同的波前像差，并且可以方便地研究它們對焦點分布的影響。作為示例，我們選擇幾種典型的像差（球差，彗差，像散，...），改變它們的值，然后計算相應的焦點分布。建模任務離焦球差像散彗差二階彗差三葉草像差走進VirtualLab Fusion VirtualLab Fusion技術文件信息進一步閱讀 -具有矩形孔徑的系統的先進PSF和MTF計算 -高NA非球面焦點區域的激光模擬

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Ansys Zemax | 用于眼睛像差評估的Shack?Hartmann傳感器建模

介紹無論是在研究中還是通過工業設備開發后用于臨床目的，Shack?Hartmann 傳感器被廣泛應用于測量人眼所產生的像差。原理這種裝置的基本原理可以描述如下：光束聚焦在用作光擴散器的視網膜上，盡管出于安全考慮優選使用近紅外進行測量，但光束的主要部分被這種復雜介質吸收。光的弱背向反射部分穿過人眼結構的不同元件，例如前房的玻璃體和晶狀體以及后房的房水和角膜。每一個元件都會對眼睛出瞳處波前的形狀產生影響。下圖描述了人眼的構造：https://www.britannica.com/science/ human?eye 光學系統將眼睛瞳孔和具有給定放大倍數的Shack?Hartmann 傳感器結合起來。下圖顯示了使用Shack?Hartmann 傳感器進行的人眼像差測量。 Shack?Hartmann 傳感器由小透鏡陣列和位于小透鏡焦距處的成像傳感器組成。每個小透鏡通過評估成像傳感器上的橫向焦點位移來局部測量波前變形。 Shack?Hartmann 原理如下圖所示：https://en.wikipedia.org/wiki/Shack%E2%80%93Hartmannn_wavefront_sensor 該測量不能被視為絕對結果，而是被視為與參考波前（通常是平面波）進行比較的相對變形。然后根據每個小透鏡發出的局部結果重建整個波前。Zernike多項式可用于區分和量化眼睛產生的像差類型。這種系統會產出一個在精度、靈敏度和動態范圍之間折中的結果。例如，大的微透鏡將提高系統靈敏度。但大型微透鏡也意味著無法檢測到透鏡區域內波前的局部變化，這意味著結果精確度的損失。為了獲得像差波前的可靠重建，在OpticStudio中對系統進行建模有助于確定單個微透鏡元素尺寸并評估系統對結果的影響。

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VirtualLab Fusion軟件：球面波的像差效應對焦點的影響

摘要不同類型的波前像差對焦點上的特征有單獨的影響。因此，能夠詳細研究這些影響是至關重要的，例如，評估成像系統的性能。在VirtualLab Fusion中，可以產生不同的波前像差，并方便地研究其對焦斑分布的影響。作為例子，我們選擇了幾個典型的像差（球面、彗差、像散、……），改變它們的數值，并計算相應的焦點分布。設計和建模任務導入現有結構文件平面波波長（486，587，656）nm 視場角（40°） x方向線偏振光衍射透鏡波前相位相應真實衍射器件結構離焦球差像散彗差二階彗差三葉草像差 VirtualLab Fusion 技術文件信息更多閱讀 ? Advanced PSF & MTF Calculation for System with Rectangular Aperture ? Simulation of Laser Beam in Focal Region of High-NA Asphere

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VirtualLab：球面波的像差效應對焦點的影響

摘要不同類型的波前像差對焦點上的特征有單獨的影響。因此，能夠詳細研究這些影響是至關重要的，例如，評估成像系統的性能。在VirtualLab Fusion中，可以產生不同的波前像差，并方便地研究其對焦斑分布的影響。作為例子，我們選擇了幾個典型的像差（球面、彗差、像散、……），改變它們的數值，并計算相應的焦點分布。設計和建模任務導入現有結構文件平面波波長（486，587，656）nm 視場角（40°） x方向線偏振光衍射透鏡波前相位相應真實衍射器件結構離焦球差像散彗差二階彗差三葉草像差 VirtualLab Fusion 技術文件信息

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光刻技術第8期 | 二維與三維矢量成像模型對比-零波像差非雙遠心成像

01/簡介零波像差非雙遠心物鏡憑借“波前畸變趨近于零、適配大視場與復雜物距場景”的優勢，在精密光刻、微納檢測等領域廣泛應用，但其視場邊緣物像比例變化特性，對成像模型的維度適配性提出更高要求。二維矢量成像模型雖能表征平面圖形偏振態，卻因忽略深度光場耦合、厚掩模衍射及視場-深度耦合效應，無法精準預測三維圖形成像質量。三維矢量成像模型通過全空間矢量光場建模，可精準捕捉非雙遠心光路下三維偏振演化與深度衍射規律，成為破解瓶頸的關鍵。本文以零波像差非雙遠心成像為視角，對比二維與三維模型適配性，重點聚焦三維模型應用機理，為先進三維制程光刻精度提升提供支撐。 02/三維矢量成像模型在零波像差非雙遠心物鏡中的應用遠心度與模型差異的量化關系各級衍射光主光線轉動關系示意圖物鏡像方遠心度衡量：投影物鏡像方主光線方向單位矢量[kx,ky,kz]，用kx/kz,ky/kz表示。模型差異隨kx/kz的變化：kx/kz增大10倍，仿真結果差異增大100倍左右；當kx/kz從10-3變化到10-1時，差異從10-6量級變化到10-2量級。零像差非雙遠心物鏡下的差異量化仿真條件：接觸孔掩模、中心點光源X偏振照明、物鏡像方kx/ky=0.1、瓊斯矩陣為單位矩陣。掩模圖形示意圖差異結果：二維與三維模型空間像相對強度分布差異在10-2量級，最大絕對差值9.3x10-2、平均絕對值差4.5x10-2、差值均方根5.1x10-2。二維矢量成像模型與三維矢量成像模型仿真零像差非遠心物鏡成像結果結論：三維矢量成像模型預測非雙遠心物鏡成像更精確。

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