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optics1210 2019-01-24 14:38

SYNOPSYS 光学设计软件课程三十五:无热化红外望远镜

f1sp6S0V\  
在本课中,我们将研究随着温度的变化,中红外望远镜的图像质量如何变化。 我们从下面的实例镜头开始。

2EYWX! Bx  
这是示例镜头X11,我们调整了最后一个空气间隔来改善焦点。 以下是此示例的RLE文件:
+SW|/oIU  
    ID  FOUR  ELEMENT  INFRARED  OBJECTIVE |g HdTb1  
    WAVL  4.000000  3.250000  2.500000 ,_s.amL3O{  
    APS                1 @Ae&1O;Zh  
    UNITS  MM 'Gamb+[  
    OBB  0.000000   3.00000   30.00000   0.00000   0.00000   0.00000   30.00000 PZO.$'L|7  
    MARGIN      1.270000 5evk_f  
    BEVEL       0.254001 *{5/" H5  
    0 AIR A/"2a55  
    1 RAD   163.0500000000000   TH   4.50000000 TK%q}bK,  
    1 N1  3.42403414  N2 3.42836910  N3 3.43782376 ii>^]iT  
    1 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01 5.DmMG[T^=  
    1 CTE    0.255000E-05 AEDBr<  
    1 GTB  U      'SILICON ' ;C=V -r  
    1 EFILE  EX1    31.417334   31.417334   31.671335   0.000000 (44L8)I.D  
    1 EFILE  EX2    31.014427   31.417334    0.000000 Q7{{r&|t&  
    2 RAD    255.4500000000000   TH   5.55000000  AIR B-$zioZ  
    2 AIR b5I 8jPj4c  
    2 EFILE  EX1    31.014427   31.417334    31.671335 s@GE(Pu7  
    3 RAD    -721.5000000000000   TH    3.60000000 9W_mSum  
    3 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029 w4_Xby)  
    3 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01 7=Pj}x)  
    3 CTE    0.550000E-05 BUV4L5(  
    3 GTB  U    'GE          ' {d]B+'  
    3 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644    0.000000 2oOos%0  
    3 EFILE   EX2   30.633643   30.633643    0.000000 \I^"^'CP  
    4 RAD     -1590.0000000000000   TH     65.70000000 AIR 3x 7fa^umR  
    4 AIR 8~~ k?  
    4 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644 Sw$/Z)1K&  
    5 RAD     145.5000000000000    TH    3.15000000 R lbJ4`a  
    5 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029 ;b. m X  
    5 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01 )s4: &!  
    5 CTE    0.550000E-05 % tC[q   
    5 GTB  U  'GE           ' lj:.}+]r  
    5 EFILE  EX1   27.236976   27.236976   27.490977  0.000000 ld):Am}/o  
    5 EFILE  EX2   26.712556   27.236976     0.000000 {K}Dpy  
    6 RAD    120.4500000000000  TH    13.20000000 AIR qh&q <M  
    6 AIR g{uiY|  
    6 EFILE  EX1   26.712556   27.236976   27.490977 L/,g D.h^  
    7 RAD    255.0000000000000   TH    4.50000000 A f!`7l-  
    7 N1  3.42403414  N2  3.42836910  N3  3.43782376 6@3v+Vf'  
    7 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01 jC$~m#F  
    7 CTE    0.255000E-05 x]?V*Jz  
    7 GTB U       'SILICON        ' -3wid1SOm  
    7 EFILE  EX1   27.355510   27.355510   27.609511  0.000000 q8.Z7ux  
    7 EFILE  EX2   27.165926   27.355510    0.000000 tFX<"cAvK  
    8 RAD 2025.0000000000000 TH 107.272545 AIR {7MY*&P$,  
    8 AIR Y,EF'Ot  
    8 EFILE  EX1   27.165926   27.355510   27.609511 p! )tA  
    9 RAD     -405.0000000000000   TH   0.00000000 AIR RlU?F  
    9 AIR w5rtYT I  
    END
Ey%[t  
K K]R@{ r  
镜头须在20到100℃的温度范围内保持聚焦。我们运行THERM程序,首先测试是否所有需要的系数都存在。
$sZ4r>-  
    SYNOPSYS AI>THERM TEST 4:733Q3oK  
|id7@3leu  
    WARNING -- NO DEFAULT CTE HAS BEEN ASSIGNED TO AIRSPACES xDSiTp=)O  
    ALL GLASSES IN THIS LENS HAVE BEEN ASSIGNED THERMAL-INDEX COEFFICIENTS $uUyp8F  
    SYNOPSYS AI>
%[ *+  
qu]a+cYY  
这个镜头未为空气间隔分配系数。 我们用CHG文件来处理问题,分配铝型6061的系数:
c,ct=m.|6A  
    CHG fCnwDT  
    ALPHA A6061 ,KF>@3f  
    END
2 n2,MB  
ZCb@!V}=  
现在我们可以进行热分析。创建并运行如下新的MACro:
zQt)>Qx_  
    HERM 7}~nQl2  
    ATS 100 2 gkq~0/  
    END
,?Vxcr  
UEm4):/}  
镜头的副本将放在多重结构2中,所有参数也都随着温度从20到100度的范围变化。 这是ACON 2现在的样子
Z![#Uz.z  
镜头发生离焦了。 我们必须纠正这一点。 )te_ <W  
有一种简单的方法来判断光线的轴向位移可能会带来什么变化。 首先,单击按钮 在ACON 2中创建一个检查点。 现在打开WorkSheet(单击按钮 ),然后单击PAD选择表面4。 我们猜测该空气间隔的变化可能会改变焦点位置。 实际上,所需的变化量应该非常小,因此将速度滑块滑到底部附近,然后将“间距”滑块向右滑动,如图所示。
3[l\l5'm8  
图像几乎汇聚在焦点上,并且改变非常小,从65.7变化到65.577。 u`oJ3mS;  
现在我们必须找出一种方法,使镜片3以同样的方向随温度移动。一个可行的方案是设计具有外套管的部分,外套管从表面4向右延伸,经过下一个镜片,然后使用内套管返回并保持这些元件。 如果外套管由铝制成,内部由塑料制成,则镜片3的净运动将小于全铝套管的净运动。 1rU\ !GfR  
再次返回ACON 1,WorkSheet仍然打开,创建一个检查点并单击Add Surface按钮 。现在点击图中的透镜表面4和5之间的轴。插入虚拟表面。
NNTrH\SU #  
现在我们必须告诉程序,从表面5到表面6的膨胀系数与默认的铝的热膨胀系数不同。 关闭WS并创建一个新的THERM文件:
kkj@!1q(wO  
    THERM + iQ~ Y2Gh  
    COE 1 STYRENE ;j(*:Nt1  
    TCHANGE 1 ;A*sub  
    5 f`\J%9U_O  
    ATS 100 2 mz;ExV16  
    END
Z/v )^VR  
Vhb~kI!x  
我们运行这个程序,ACON 2确实发生了变化。 现在的诀窍是找到外套管和内套管的长度,以便按照我们的意愿进行最佳补偿。 对于此任务,我们使用优化程序。 这是我们的MACro:
Do^yer~  
    ACON 1 XRyeEwA;pp  
    PANT KBI 1t$  
    VY  4  TH 1000 -1000 %?qzP '  
    VY  5  TH 1000 -1000 W=|'&UU Ul  
    END QV*la=j/  
Y2 N$&]O{  
    AANT L;b-=mF  
    ACON 1 /w2IL7}  
    M  0  1  A  DELF dr(e)eD(R>  
    M  8.103249  1  A  P  YA  1 S_VzmCi  
@wP.Rd  
    GSO  0.5  5.332000  3  M  0 2!{_x8,n  
    GNO  0.5  1  3  M  0.5 R_Bf JD.  
    GNO  0.5  1  3  M  1.0 /8hjs{(;  
gB,Q4acjj  
    ACON 2 SL^%Zh/~  
    M  0  1  A  DELF [`KQ \4u  
7Bf4ojKt  
    GSO  0.5  5.332000  3  M  0 6G-XZko~a  
    GNO  0.5  1 3  M  0.5 U^-J_ yq  
    GNO  0.5  1 3  M  1.0 *S4&V<W>  
    END 2elj@EB,M  
P5"B7>L:  
    SNAP Gt!Hm(  
    SYNO  20  MULTI
lb"T'} q  
.Dr7YquW  
这将尝试在两个温度下保持系统聚焦并保持图像质量。 我们运行这个宏,现在ACON 2中的镜头比以前更好:
6Hd^qouid  
图像质量有下降,但仍在合理范围内,即使温度发生变化,焦点仍然能够保持聚焦。现在注意表面5的位置。这告诉你两个套管必须延伸的地方及它们应该连接的位置。不受温度影响并不困难。 ~IQjQz?  
我们已经为TH变量输入了确定的限制,因为程序不会让正TH变为负数。为了保持放大率不变,我们为主光线的YA添加了一个目标。您可以参考用户手册,以获得有关此功能的完整。

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