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optics1210 2018-09-21 10:53

SYNOPSYS 光学设计软件课程三十一:超消色差

jo0XF]  
Uf|uFGb  
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。 eEfGH  
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。)

Sa%%3_&  
    RLE XjCx`bX^<  
    ID WIDE SPECTRAL RANGE EXAMPLE >kxRsiKV  
    OBB 0 .25 3 <;yS&8  
    UNITS INCH )-o jm$  
    1 GLM 1.6 50 UmvnVmnv  
    3 GLM 1.6 50 d"IZt;s/,  
    5    GLM 1.6 50 xMNQT.A  
    6    UMC -0.0625 YMT IU5T5p  
    7 C7G,M  
    1    TH .6 `"}).{N]C  
    2    TH .1 ^ >&#F[aT  
    3    TH .6 hJ]Oa7r  
    4    TH .1 :<bhQY  
    5    TH .6 X(eW+,H  
    END
9a=>gEF],@  
7G^Q2w  
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。
|pv$],&&:  
单击“获取光谱”按钮后,单击“应用于镜头”按钮。 镜头现在有更广泛的光谱。 这是我们的起始镜头,在SketchPad显示屏中
i NfAn&  
结果很差,需要优化。 让我们优化它,改变玻璃模型。 制作一个MACro:
`"[qb ?z  
    LOG [OTn>/W'  
    STO 9 -)^vO*b 0  
]Ml  
    PANT ?}v/)hjp=?  
    VLIST RAD 1 2 3 4 5 :hs~;vn)  
    VLIST TH ALL AIR +or<(%o @  
    VLIST GLM ALL Ihf)gfHj  
    END 37kVJQcA1  
:N_]*>  
    AANT = c Z24I  
nIr`T^c9c  
    END q4Wr$T$gs=  
hrq% {!Z  
    SNAP yyljyE  
    SYNOPSYS 50
FG[rH]   
i0$*):b  
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:
KpYezdPF)  
    … +B1&bOb  
    AANT ` 6*]cn#(  
    AEC O=V_ 7I5  
    ACC ~G@YA8}  
    LUL 4 1 1 A TOTL /{`"X_.o  
    GSR .5 10 5 M 0 _~;%zFX  
    GNR .5 2 3 M .7 2b"DkJj'  
    GNR .5 1 3 M 1 d1\nMm}v  
G 3,v'D5  
    END ssx#|InY  
    …
Sx QA*}N  
*!$Z5Im  
在这里,要校正所有10种波长。是时候进行优化了。 运行MACro并模拟退火。 镜头变得更好,但仍然不太理想:
z2t+1 In,  
该透镜具有曲率求解,并且在每个波长下程序将重新计算它。 (我们当然不希望这种情况发生!)因此,我们制作了第二个MACro,如下所示:
m{=Q88k!@.  
    STORE 9 iLZY6?_^  
    STEPS = 50 {eI'0==  
    CHG 64mEZ_kG,  
    NOP L?ht^ H  
    END KzO"$+M  
    PLOT DELF FOR WAVL = .365 TO 0.9 GET PIa!N Py  
    9
V=*^C+6s  
M Zz21H  
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:
4>0q0}J=5  
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。 t!3N|`x  
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。 9/29>K_  
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。 $Y6\m`  
我们将简要概述手工操作的程序,以便您知道如何操作。 v.Q#<@B^:  
屏幕上的SYNOPSYS玻璃图可以向我们展示我们的需求。 键入MGT以打开“玻璃表选择”对话框并选择O(Ohara)目录。 显示玻璃图时,单击“图形”按钮,然后选择底部选项。
lP`BKc,  
在此图表中,您可以看到每个元件的模型的当前位置(红色圆圈)。 他们有点紧凑,但这是一个很短的路线。 您需要做的是调整线条,使其连接三种玻璃类型,最好是尽可能长的线条。 您往往选择靠近的底部的火石玻璃,,并按单击其中一个。 这就把线的底部放在那个玻璃上。 然后在分布的顶部附近选择一个玻璃,然后单击键将其放在那里。 现在选择靠近该线中心的第三个玻璃,并尽可能靠近它。 写下这三个玻璃的名字。
B8T$<  
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。 ; $80}TY '  
另一个步骤是让程序为您选择玻璃组合。在CW中输入
\ m~?yq8H  
    FST &H;,,7u  
    PREF 9;U?_   
    CAT O ]5S`y{j1  
    CAT S *PnO$q@`  
    GO
D?1fY!C:r  
/9G72AD!  
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:
8i`>],,ch  
    SYNOPSYS AI>FST {:uv}4Z  
kaekH*m~  
    FST>PREF i>YQ<A1  
tj@(0}pi4  
    FST>CAT O 0dC5 -/+  
    FST>CAT S YP_L~zZ  
PmE)FthdP(  
    FST>GO :L NE ?@  
hOAZvrfQ4  
    SUPERACHROMAT GLASS SEARCH RESULTS (LOWER SCORES ARE BETTER) WsV"`ij#  
~h@@y5<4  
            SCORE       UPPER              MIDDLE             LOWER                   OFFSET @h{|tP%"  
    1        0.02120605 O S-FPL53          O S-LAL13          O S-TIM28             0.00000424 k(dakFaC^  
    2        0.01881642 O S-FPL55          O S-TIL27          O S-TIH23             0.00000071 Y)X7*iTi'j  
    3        0.01810522 O S-FPL53          O S-BAL42          O S-NBH53             0.00000154 pVy=rS-  
    4        0.02008505 O S-FPL53          O S-LAL8           O S-NPH1W             0.00000923 TsaQR2J@  
    5        0.02147608 O S-FPL55          S N-SSK8           S SF1                 0.00000460 Re8x!e'>  
    6        0.02082027 O S-FPL55          S N-KF9            S SF10                0.00000567 ~%/Rc`  
    7        0.02008505 O S-FPL53          O S-LAL8           O S-NPH1              0.00000923 8O,\8:I#  
    8        0.02026308 S N-FK58           S N-SSK8           S SF4                 0.00000296 h.>SVQzU  
    9        0.02139100 O S-FPL53          S N-SK4            S SF56A               0.00000909 !g]5y=  
    10      0.01357538 O S-FPL53          O S-BAL11          O S-TIH14             0.00000098
Bxm,?=h  
%Gh5!e:$SI  
这种方法优于手工操作,因为它可以将不同厂家的玻璃结合在一起。例如,组合5是由一个Ohara玻璃和两个来Schott的玻璃。让我们试试这个组合。我们编辑优化MACro,如下所示。(这里,我们使用了现成的评价函数8,它校正了横向色差和OPD畸变的组合,然后调整了权重。)
nL:&G'd  
    LOG ZiJF.(JS  
    STO 9 {g%N(2  
b]4dmc*N+  
    CHG !lgL=Ys(  
    1 GTB O 'S-FPL55' \tI%[g1M  
    3 GTB S 'N-SSK8' w'H'o!*/  
    5 GTB S 'SF1' SO0\d0?u  
    END 2@zduL'do_  
D9oNYF-V  
    PANT :jl*Y-mM  
    VLIST RAD 1 2 3 4 5 +{I_%SsG  
    VLIST TH ALL .Ix3wR9  
    !VLIST GLM ALL /e'3\,2_  
    END ^Qs}2%  
MuY:(zC%  
    AANT 'K,\  
    AEC r.H`3m.0q  
    ACC u-TT;k'  
    ADT 6 1 1 j~ qm$'H  
    ACM .5 1 .1 o{s2T)2  
    LUL 4 1 1 A TOTL +NPL.b|  
E JkHPn  
    AEC wX"hUu  
    ACC 15g! Q *v  
    GSR .5 10 5 M 0 !wy _3a  
    GNR .5 5 3 M .7 M5`v^>  
    GNR .5 4 3 M 1 "<ZV'z  
    GSO 0 0.003916 5 M 0 dEoIVy_9R  
    GNO 0 0.003 3 M .7 Zo3!Hs ZA  
    GNO 0 0.002 3 M 1 dDaV2:4E  
\HeJc:^  
    END y *i&p4Y*  
t}q e_c  
    SNAP QJ2]8K)+C  
    SYNOPSYS 50
I a&*JYM[  
F(G..XJQ  
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。
p/h\QG1   
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:
]" 'yf;g  
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?
r<`:Q]  
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!

打怪 2021-08-20 15:16
学习一下
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