SYNOPSYS 光学设计软件课程三十五：无热化红外望远镜

jbGH3 L
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。

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：

c]n03o
    ID  FOUR  ELEMENT  INFRARED  OBJECTIVE *h%G4M
    WAVL  4.000000  3.250000  2.500000 bYgYP|@
    APS                1 ;' W5|.ZN
    UNITS  MM A X#!9-m3
    OBB  0.000000   3.00000   30.00000   0.00000   0.00000   0.00000   30.00000 Zll^tF#
    MARGIN      1.270000 >V$#Um?AXj
    BEVEL       0.254001 0EB'!
    0 AIR stG&(M
    1 RAD   163.0500000000000   TH   4.50000000 5q#|sVT7R
    1 N1  3.42403414  N2 3.42836910  N3 3.43782376 3d<HIG^W}
    1 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01 ;E"mB4/)
    1 CTE    0.255000E-05 ,+BgY4OY
    1 GTB  U      'SILICON ' N9PM.nbd%
    1 EFILE  EX1    31.417334   31.417334   31.671335   0.000000 9C 05
    1 EFILE  EX2    31.014427   31.417334    0.000000 =arsoCa
    2 RAD    255.4500000000000   TH   5.55000000  AIR \|t0~sRwh
    2 AIR ^k(eRs;K
    2 EFILE  EX1    31.014427   31.417334    31.671335 -]A#G`'
    3 RAD    -721.5000000000000   TH    3.60000000 614/wI8(
    3 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029 y m{/0&7
    3 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01 C941@I
    3 CTE    0.550000E-05 -8jqC6mQ
    3 GTB  U    'GE          ' ]e`_.>U
    3 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644    0.000000 Rx"Qwi,\U
    3 EFILE   EX2   30.633643   30.633643    0.000000 sN}@b8o@
    4 RAD     -1590.0000000000000   TH     65.70000000 AIR 5mNXWg7#]
    4 AIR ;wxt<
    4 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644 S:uEK
    5 RAD     145.5000000000000    TH    3.15000000 N6[^62
    5 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029 P0(~~z&%[
    5 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01 xi\RUAW
    5 CTE    0.550000E-05 ')-(N um
    5 GTB  U  'GE           ' 7uxPkZbb
    5 EFILE  EX1   27.236976   27.236976   27.490977  0.000000 IyN9 +
    5 EFILE  EX2   26.712556   27.236976     0.000000 \>`$x:
    6 RAD    120.4500000000000  TH    13.20000000 AIR !q\w"p0X
    6 AIR d@4!^vD;
    6 EFILE  EX1   26.712556   27.236976   27.490977 9y*!W
    7 RAD    255.0000000000000   TH    4.50000000 jFTV\|C
    7 N1  3.42403414  N2  3.42836910  N3  3.43782376 XL=R]IC<.
    7 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01 ;Hb[gvl
    7 CTE    0.255000E-05 I?g__u=n~
    7 GTB U       'SILICON        ' MEnHC'nI
    7 EFILE  EX1   27.355510   27.355510   27.609511  0.000000 AS_+}*WSFQ
    7 EFILE  EX2   27.165926   27.355510    0.000000 }2A1Yt:^P
    8 RAD 2025.0000000000000 TH 107.272545 AIR AJd.K'=8
    8 AIR M9g\/]Io;
    8 EFILE  EX1   27.165926   27.355510   27.609511 }n%Rl\p
    9 RAD     -405.0000000000000   TH   0.00000000 AIR Z;'.pU~
    9 AIR 97wy;'J[u
    END

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。

2\\3<
    SYNOPSYS AI>THERM TEST e=UVsYNx
*b{lL5
    WARNING -- NO DEFAULT CTE HAS BEEN ASSIGNED TO AIRSPACES F'$S!K58
    ALL GLASSES IN THIS LENS HAVE BEEN ASSIGNED THERMAL-INDEX COEFFICIENTS TK/'=8
    SYNOPSYS AI>

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：

`$SEkYdt
    CHG uEGPgYY(
    ALPHA A6061 sLi//P?:t
    END

现在我们可以进行热分析。创建并运行如下新的MACro：

nCMa$+
    HERM #]DZrD&q
    ATS 100 2 ![]I%'s
    END

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

镜头发生离焦了。我们必须纠正这一点。
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。

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。
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。
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。

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：

_6UAeZ*M
    THERM Wejwj/EU%
    COE 1 STYRENE Y0B1xL@
    TCHANGE 1 4<Sa,~4
    5 0yC`9g)(
    ATS 100 2 )|x%o(n
    END

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：

j"IM,=
    ACON 1 Dp*$GQ
    PANT l \^nC2
    VY  4  TH 1000 -1000 )ozcr^
    VY  5  TH 1000 -1000 zYG,x*IH
    END N.{jM[\F
!UMo4}Y
    AANT CSL{Q
    ACON 1 2>}\XKF).
    M  0  1  A  DELF 1.0!H.>q
    M  8.103249  1  A  P  YA  1 ?5yH'9zE
<@e+-$
    GSO  0.5  5.332000  3  M  0 .?0>5-SfY
    GNO  0.5  1  3  M  0.5 k<Tez{<
    GNO  0.5  1  3  M  1.0 J/x@$'
HD:%Yv
    ACON 2 +|?|8"Qg
    M  0  1  A  DELF r[v-?W'
1n`1o-&l-
    GSO  0.5  5.332000  3  M  0 5{FM#@
    GNO  0.5  1 3  M  0.5 &oeN#5Es8C
    GNO  0.5  1 3  M  1.0 (eRKR2% q
    END mUt,Z^ l`
=\Vu=I
    SNAP 9fuJJ3L[
    SYNO  20  MULTI

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：

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。
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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