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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

I{0bs Tp;  
J \V.J/  
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。 }th^l*g  
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。)

U\\nSU  
    RLE (66DKG   
    ID WIDE SPECTRAL RANGE EXAMPLE <7%4=  
    OBB 0 .25 3 tuiQk=[ c  
    UNITS INCH q4rDAQyPO  
    1 GLM 1.6 50 ']]&<B}mz  
    3 GLM 1.6 50 &G"r>,HU  
    5    GLM 1.6 50 ^3:DeZf!u  
    6    UMC -0.0625 YMT 4/B n9F  
    7 J|BZ{T}d  
    1    TH .6 2!4.L&Ki  
    2    TH .1 > \KVg(?D  
    3    TH .6 S=wJ{?gzAK  
    4    TH .1 k v}<u  
    5    TH .6 Iu -CXc  
    END
.V\ M/q\Tv  
N3`W%ws`~  
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。
,t]qe  
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
pM i w9}  
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:
<XHS@|  
    LOG 6^ DsI  
    STO 9 (cj3[qq  
I:qfB2tL)O  
    PANT {&Bpf K;`)  
    VLIST RAD 1 2 3 4 5 O(( kv|X4  
    VLIST TH ALL AIR %ycCNS  
    VLIST GLM ALL ~BVK6  
    END z]YP  
Gkr^uXNg#  
    AANT @M V%&y*z.  
DJ9;{,gm  
    END O&:0mpRZ  
^!*?vHx:  
    SNAP #89h}mp'  
    SYNOPSYS 50
'ZHu=UT7_  
?]=fC{Rh  
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:
Qjj:r~l  
    … W].P(A>m  
    AANT q-.e9eoc\  
    AEC 6rnehv!p  
    ACC e<> Lr  
    LUL 4 1 1 A TOTL >t"]gQHtx  
    GSR .5 10 5 M 0 S%ri/}qI[{  
    GNR .5 2 3 M .7 !_`T8pJ`  
    GNR .5 1 3 M 1 ,qRSB>5c  
F$K-Q;r]<  
    END Or9@X=C  
    …
3_atv'I  
P#H#@:/3  
在这里,要校正所有10种波长。是时候进行优化了。 运行MACro并模拟退火。 镜头变得更好,但仍然不太理想:
FGOa! G  
该透镜具有曲率求解,并且在每个波长下程序将重新计算它。 (我们当然不希望这种情况发生!)因此,我们制作了第二个MACro,如下所示:
vII8>x%*  
    STORE 9 c= 2e?  
    STEPS = 50 ] %*970  
    CHG 4:}`X  
    NOP wS2iyrIB  
    END 2`* %NJ  
    PLOT DELF FOR WAVL = .365 TO 0.9 GET yvxC/Jo4  
    9
3D~Fu8Hg1  
 =&fBmV  
此文件删除所有的求解(和拾取,如果有的话),然后绘制离焦。 然后,它以相同的方式得到镜头。 这是色差校正后的曲线:
l\^q7cXG  
当然,这对于玻璃模型是有效的,通常我们会替换成真正的玻璃并重新优化。 但目前我们有一个消色差,校正了两个波长。 因为我们可以在图表上画一条水平线,它会在两个地方与曲线相交。 我们认为这种校正对我们来说不够好。 现在是时候学习制作“超消色差”了。 )).;p_nLZ  
首先,我们将展示如何使用SYNOPSYS的glassmap功能自己找到合适的镜片组合。 然后我们将展示程序如何自动完成任务。 @2_s;!K  
超消色差一词是马克斯•赫茨伯格在1963年在《应用光学》上发表的一篇论文中首创的。他的理论说,如果你制作一个玻璃库的图表,其中的坐标轴是P*和P**的值,然后选择三个在一条直线上的玻璃,就有可能同时校正四个波长。P*是指部分色散(NF - N*)/(NF - NC),其中F和C为0.4861和0.6563的夫琅和费谱线,N*为1.014的IR谱线。N**是0.365 um的UV线,给你一个类似的P**的方程。 co3H=#2a  
我们将简要概述手工操作的程序,以便您知道如何操作。 R7KQ-+Zb  
屏幕上的SYNOPSYS玻璃图可以向我们展示我们的需求。 键入MGT以打开“玻璃表选择”对话框并选择O(Ohara)目录。 显示玻璃图时,单击“图形”按钮,然后选择底部选项。
kXC.rgal  
在此图表中,您可以看到每个元件的模型的当前位置(红色圆圈)。 他们有点紧凑,但这是一个很短的路线。 您需要做的是调整线条,使其连接三种玻璃类型,最好是尽可能长的线条。 您往往选择靠近的底部的火石玻璃,,并按单击其中一个。 这就把线的底部放在那个玻璃上。 然后在分布的顶部附近选择一个玻璃,然后单击键将其放在那里。 现在选择靠近该线中心的第三个玻璃,并尽可能靠近它。 写下这三个玻璃的名字。
|Z;w k&  
我们有三种潜在的超消色差镜。它们是S-PHM52型、S-NPH5型和S-TIL27型。您还可以显示相对成本和其他属性,以帮助您选择三个可接受的玻璃。然后你把这三种玻璃镜插入镜头并进行优化。如果不能得到满意的镜头,你可以根据相同的操作选择不同的三个的组合。这个过程相当繁琐,但通常都很有效。 JMOP/]%D  
另一个步骤是让程序为您选择玻璃组合。在CW中输入
z1+rz%  
    FST nRQIrUNq  
    PREF %:o@IRTRU  
    CAT O T , =ga  
    CAT S >B~jPU  
    GO
0iX qAa  
MatC2-aV1  
FST的意思是找到超消色差三片镜。该输入将检查Ohara和Schott编目中所有玻璃类型的组合,并对最适合超消色差的10种进行评级。该程序发现以下内容:
8{+~3@T  
    SYNOPSYS AI>FST [Pp#l*  
)O- x1U  
    FST>PREF ID+'$u &  
-e(2?Xq9  
    FST>CAT O e( ^9fg_SG  
    FST>CAT S +lha^){  
TiBE9  
    FST>GO W? UCo6<m  
>q &ouVE  
    SUPERACHROMAT GLASS SEARCH RESULTS (LOWER SCORES ARE BETTER) )+t5G>yKK  
H[N&Wiq/|  
            SCORE       UPPER              MIDDLE             LOWER                   OFFSET )Q xv9:X  
    1        0.02120605 O S-FPL53          O S-LAL13          O S-TIM28             0.00000424 n'*Ljp  
    2        0.01881642 O S-FPL55          O S-TIL27          O S-TIH23             0.00000071 !CBx$1z  
    3        0.01810522 O S-FPL53          O S-BAL42          O S-NBH53             0.00000154 mF F]d  
    4        0.02008505 O S-FPL53          O S-LAL8           O S-NPH1W             0.00000923 4_.k Q"'DH  
    5        0.02147608 O S-FPL55          S N-SSK8           S SF1                 0.00000460 lIjHd#q-C  
    6        0.02082027 O S-FPL55          S N-KF9            S SF10                0.00000567 L7Oytdc<  
    7        0.02008505 O S-FPL53          O S-LAL8           O S-NPH1              0.00000923 >!)VkDAG  
    8        0.02026308 S N-FK58           S N-SSK8           S SF4                 0.00000296 deTbvl  
    9        0.02139100 O S-FPL53          S N-SK4            S SF56A               0.00000909 nnGA_7-t  
    10      0.01357538 O S-FPL53          O S-BAL11          O S-TIH14             0.00000098
.;KupQ;*  
x#8=drh.:C  
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。)
 ,O~2 R  
    LOG peqFa._W  
    STO 9 "}HQ)54&  
W=EO=}l#  
    CHG 8e\v5K9  
    1 GTB O 'S-FPL55' pn $50c  
    3 GTB S 'N-SSK8' DpS6>$v8t  
    5 GTB S 'SF1' aq5<Ks`r  
    END mTP.W#N  
wO!hVm,T a  
    PANT &yA<R::o  
    VLIST RAD 1 2 3 4 5 ABHZ)OM  
    VLIST TH ALL x b0+4w|  
    !VLIST GLM ALL qBNiuV;*  
    END _@OYC<  
n#&RY%#`  
    AANT Nz}Q"6L  
    AEC `2fuV]FW  
    ACC blN1Q%m6  
    ADT 6 1 1 ppnj.tLz;r  
    ACM .5 1 .1 %@&)t?/=  
    LUL 4 1 1 A TOTL 1 I+5  
}[DAk~  
    AEC ibuI/VDF  
    ACC OXacI~C  
    GSR .5 10 5 M 0 (;j7 {(  
    GNR .5 5 3 M .7 2DC#PX)i  
    GNR .5 4 3 M 1 >Qx#2x+  
    GSO 0 0.003916 5 M 0 u=l(W(9=  
    GNO 0 0.003 3 M .7 y^A $bTQq  
    GNO 0 0.002 3 M 1 L,D>E  
i@J,u  
    END P&tK}Se^V  
H\k5B_3OU  
    SNAP 4AM*KI  
    SYNOPSYS 50
Ji!-G4.n"  
-0X> y  
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。
LX fiSM{o  
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:
_-&.=3\1  
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?
"XY?v8*c  
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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