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    [原创]SYNOPSYS 光学设计软件课程三十一:超消色差 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2018-09-21
    — 本帖被 cyqdesign 从 光学理论,设计与产业化 移动到本区(2018-12-29) —

    本课将探索SYNOPSYS的一个独特功能,当您需要出色的色差校正时,它可以提供帮助,甚至比复消色差更好。

    假设您正在设计一个在0.4到0.9微米范围内使用的镜头。 你能用复消色差吗? 让我们来看看。 这是一个初始结构的RLE文件,除了最后一个表面外,所有表面都是平的,这将为我们提供一个6英寸孔径 F / 8望远镜物镜。 (复制这些行并将它们粘贴到MACro编辑器中。)

        RLE

        ID WIDE SPECTRAL RANGE EXAMPLE

        OBB 0 .25 3

        UNITS INCH

        1 GLM 1.6 50

        3 GLM 1.6 50

        5    GLM 1.6 50

        6    UMC -0.0625 YMT

        7

        1    TH .6

        2    TH .1

        3    TH .6

        4    TH .1

        5    TH .6

        END

    我们还没有指定波长,所以我们得到了默认的CdF光线。 我们需要改变这一点。 打开Spectrum Wizard(MSW),然后更改指示的点。

    单击“获取光谱”按钮后,单击“应用于镜头”按钮。 镜头现在有更广泛的光谱。 这是我们的起始镜头,在SketchPad显示屏中

    结果很差,需要优化。 让我们优化它,改变玻璃模型。 制作一个MACro:

        LOG

        STO 9

        PANT

        VLIST RAD 1 2 3 4 5

        VLIST TH ALL AIR

        VLIST GLM ALL

        END

        AANT

        END

        SNAP

        SYNOPSYS 50

    现在将鼠标放在AANT命令后的空行上,然后单击按钮。 默认选择Merit功能编号6,因此只需单击Back to MACro编辑器按钮即可。 这给了我们一个简单的评价函数:

        …

        AANT

        AEC

        ACC

        LUL 4 1 1 A TOTL

        GSR .5 10 5 M 0

        GNR .5 2 3 M .7

        GNR .5 1 3 M 1

        END

        …

    在这里,要校正所有10种波长。是时候进行优化了。 运行MACro并模拟退火。 镜头变得更好,但仍然不太理想:

    透镜具有曲率求解,并且在每个波长下程序将重新计算它。 (我们当然不希望这种情况发生!)因此,我们制作了第二个MACro,如下所示:

        STORE 9

        STEPS = 50

        CHG

        NOP

        END

        PLOT DELF FOR WAVL = .365 TO 0.9 GET

        9

    此文件删除所有的求解(和拾取,如果有的话),然后绘制离焦。 然后,它以相同的方式得到镜头。 这是色差校正后的曲线:

    当然,这对于玻璃模型是有效的,通常我们会替换成真正的玻璃并重新优化。 但目前我们有一个消色差,校正了两个波长。 因为我们可以在图表上画一条水平线,它会在两个地方与曲线相交。 我们认为这种校正对我们来说不够好。 现在是时候学习制作“超消色差”了。

    首先,我们将展示如何使用SYNOPSYS的glassmap功能自己找到合适的镜片组合。 然后我们将展示程序如何自动完成任务。

    超消色差一词是马克斯•赫茨伯格在1963年在《应用光学》上发表的一篇论文中首创的。他的理论说,如果你制作一个玻璃库的图表,其中的坐标轴是P*和P**的值,然后选择三个在一条直线上的玻璃,就有可能同时校正四个波长。P*是指部分色散(NF - N*)/(NF - NC),其中F和C为0.4861和0.6563的夫琅和费谱线,N*为1.014的IR谱线。N**是0.365 um的UV线,给你一个类似的P**的方程。

    我们将简要概述手工操作的程序,以便您知道如何操作。

    屏幕上的SYNOPSYS玻璃图可以向我们展示我们的需求。 键入MGT以打开“玻璃表选择”对话框并选择O(Ohara)目录。 显示玻璃图时,单击“图形”按钮,然后选择底部选项。

    在此图表中,您可以看到每个元件的模型的当前位置(红色圆圈)。 他们有点紧凑,但这是一个很短的路线。 您需要做的是调整线条,使其连接三种玻璃类型,最好是尽可能长的线条。 您往往选择靠近的底部的火石玻璃,,并按单击其中一个。 这就把线的底部放在那个玻璃上。 然后在分布的顶部附近选择一个玻璃,然后单击键将其放在那里。 现在选择靠近该线中心的第三个玻璃,并尽可能靠近它。 写下这三个玻璃的名字。

    我们有三种潜在的超消色差镜。它们是S-PHM52型、S-NPH5型和S-TIL27型。您还可以显示相对成本和其他属性,以帮助您选择三个可接受的玻璃。然后你把这三种玻璃镜插入镜头并进行优化。如果不能得到满意的镜头,你可以根据相同的操作选择不同的三个的组合。这个过程相当繁琐,但通常都很有效。

    另一个步骤是让程序为您选择玻璃组合。在CW中输入

        FST

        PREF

        CAT O

        CAT S

        GO

    FST的意思是找到超消色差三片镜。该输入将检查Ohara和Schott编目中所有玻璃类型的组合,并对最适合超消色差的10种进行评级。该程序发现以下内容:

        SYNOPSYS AI>FST

        FST>PREF

        FST>CAT O

        FST>CAT S

        FST>GO

        SUPERACHROMAT GLASS SEARCH RESULTS (LOWER SCORES ARE BETTER)

                SCORE       UPPER              MIDDLE             LOWER                   OFFSET

        1        0.02120605 O S-FPL53          O S-LAL13          O S-TIM28             0.00000424

        2        0.01881642 O S-FPL55          O S-TIL27          O S-TIH23             0.00000071

        3        0.01810522 O S-FPL53          O S-BAL42          O S-NBH53             0.00000154

        4        0.02008505 O S-FPL53          O S-LAL8           O S-NPH1W             0.00000923

        5        0.02147608 O S-FPL55          S N-SSK8           S SF1                 0.00000460

        6        0.02082027 O S-FPL55          S N-KF9            S SF10                0.00000567

        7        0.02008505 O S-FPL53          O S-LAL8           O S-NPH1              0.00000923

        8        0.02026308 S N-FK58           S N-SSK8           S SF4                 0.00000296

        9        0.02139100 O S-FPL53          S N-SK4            S SF56A               0.00000909

        10      0.01357538 O S-FPL53          O S-BAL11          O S-TIH14             0.00000098

    这种方法优于手工操作,因为它可以将不同厂家的玻璃结合在一起。例如,组合5是由一个Ohara玻璃和两个来Schott的玻璃。让我们试试这个组合。我们编辑优化MACro,如下所示。(这里,我们使用了现成的评价函数8,它校正了横向色差和OPD畸变的组合,然后调整了权重。)

        LOG

        STO 9

        CHG

        1 GTB O 'S-FPL55'

        3 GTB S 'N-SSK8'

        5 GTB S 'SF1'

        END

        PANT

        VLIST RAD 1 2 3 4 5

        VLIST TH ALL

        !VLIST GLM ALL

        END

        AANT

        AEC

        ACC

        ADT 6 1 1

        ACM .5 1 .1

        LUL 4 1 1 A TOTL

        AEC

        ACC

        GSR .5 10 5 M 0

        GNR .5 5 3 M .7

        GNR .5 4 3 M 1

        GSO 0 0.003916 5 M 0

        GNO 0 0.003 3 M .7

        GNO 0 0.002 3 M 1

        END

        SNAP

        SYNOPSYS 50

    在运行了这个程序和模拟退火之后,我们得到了一个透镜,在从第一个波长和中间波长,在全场上都被校正的很好,尽管第10个波长(0.4um)并没有像其他波长那样被矫正的那么好。

    我们猜测三种玻璃的顺序。有六种可能的组合,通过尝试,我们发现5 1 3的顺序更好。我们以同样的方式进行,查看FST返回的每个组合。第六组更好:

    现在我们在整个(非常宽)光谱区域上校正到大约四分之一波长。 我们的第二个MACro现在展示了什么?

    当然,它是在三种波长上校正的,但我们的目标是四种波长。为什么曲线在右端不会再上升,就像一个真正的超消色差设计?这个程序在评价函数中平衡了一切,而不仅仅是轴向色差,少量的色球差使它稍微偏离。不过,这是一个很好的镜头!

    [ 此帖被optics1210在2019-01-24 11:02重新编辑 ]
     
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    只看该作者 1楼 发表于: 2021-08-20
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