SYNOPSYS 光学设计软件课程三十五：无热化红外望远镜

foz5D9sQ
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：

F7Dc!JNa
    ID  FOUR  ELEMENT  INFRARED  OBJECTIVE a\&(Ua
    WAVL  4.000000  3.250000  2.500000 RZd4(7H=q
    APS                1 /%uZKGP
    UNITS  MM t}XB|h
    OBB  0.000000   3.00000   30.00000   0.00000   0.00000   0.00000   30.00000 o7Cnyy#:
    MARGIN      1.270000 pcuMGo-#
    BEVEL       0.254001 k>:/D
    0 AIR l|vWeBs
    1 RAD   163.0500000000000   TH   4.50000000 O,=Q1*c,&
    1 N1  3.42403414  N2 3.42836910  N3 3.43782376 v$)@AE
    1 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01 UN*dU
    1 CTE    0.255000E-05 lbKv
    1 GTB  U      'SILICON ' b#p~F}qT
    1 EFILE  EX1    31.417334   31.417334   31.671335   0.000000 ]@/^_f>D
    1 EFILE  EX2    31.014427   31.417334    0.000000 7~kpRa@\P
    2 RAD    255.4500000000000   TH   5.55000000  AIR u+z .J4w
    2 AIR kJurUDo
    2 EFILE  EX1    31.014427   31.417334    31.671335 ]Z.<c$
    3 RAD    -721.5000000000000   TH    3.60000000 ?GUz?'d
    3 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029 hi {2h04
    3 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01 ZSF=
    3 CTE    0.550000E-05 |5O >>a()
    3 GTB  U    'GE          ' vZ[$H
    3 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644    0.000000 ,5eH2W
    3 EFILE   EX2   30.633643   30.633643    0.000000 t,=@hs hN
    4 RAD     -1590.0000000000000   TH     65.70000000 AIR wRXn9
    4 AIR POqRHuFq
    4 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644 [+;FV!M6
    5 RAD     145.5000000000000    TH    3.15000000 7>PF~=
    5 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029 bmj8WZ
    5 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01 Yg=E@F
    5 CTE    0.550000E-05 \~gA+o}Q
    5 GTB  U  'GE           ' #1QX!dK+
    5 EFILE  EX1   27.236976   27.236976   27.490977  0.000000 _W@,@hOH
    5 EFILE  EX2   26.712556   27.236976     0.000000 di3 B=A>3
    6 RAD    120.4500000000000  TH    13.20000000 AIR f?=r3/AO
    6 AIR Kk!6B
    6 EFILE  EX1   26.712556   27.236976   27.490977 E8T"{ R80
    7 RAD    255.0000000000000   TH    4.50000000 1<LC8?wt
    7 N1  3.42403414  N2  3.42836910  N3  3.43782376 5i!V}hE
    7 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01 n_""M:XH
    7 CTE    0.255000E-05 #&^ZQs<
    7 GTB U       'SILICON        ' F=oHl@
    7 EFILE  EX1   27.355510   27.355510   27.609511  0.000000 ~vW)1XnK
    7 EFILE  EX2   27.165926   27.355510    0.000000 Lnh':7FQJx
    8 RAD 2025.0000000000000 TH 107.272545 AIR -`zG_]=-
    8 AIR -"~L2f"?
    8 EFILE  EX1   27.165926   27.355510   27.609511 G$;>ueM
    9 RAD     -405.0000000000000   TH   0.00000000 AIR ./"mn3U
    9 AIR Bii6Z@kS
    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。

\We"?1^
    SYNOPSYS AI>THERM TEST gB(9vhj$
R&6n?g6@/V
    WARNING -- NO DEFAULT CTE HAS BEEN ASSIGNED TO AIRSPACES |7rR99
    ALL GLASSES IN THIS LENS HAVE BEEN ASSIGNED THERMAL-INDEX COEFFICIENTS wrH7 pd
    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：

"DVt3E
    CHG xK$}QZ)
    ALPHA A6061 {iA^rv|
    END

现在我们可以进行热分析。创建并运行如下新的MACro：

|'ZN!2u
    HERM B }6Kd
    ATS 100 2 pG0!ALT
    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：

q#;BhPc
    THERM ows^W8-w
    COE 1 STYRENE $v FrUv
    TCHANGE 1 -r!42`S
    5 P?uf?{
    ATS 100 2 mRCHrw?WG
    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：

rxQ<4
    ACON 1 ;vMn/
    PANT 8fnR1mWG
    VY  4  TH 1000 -1000 *%3oyWwCd
    VY  5  TH 1000 -1000 Hfke
    END a~WqUL
qB+n6y%
    AANT Z+0?yQ=%
    ACON 1 T$u~E1
    M  0  1  A  DELF -)X{n?i
    M  8.103249  1  A  P  YA  1 pL~=Z?(B
9GThyY
    GSO  0.5  5.332000  3  M  0 /M:H9Z8!
    GNO  0.5  1  3  M  0.5 vEF=e
    GNO  0.5  1  3  M  1.0 N?$7Z v[G
qh$X^%g
    ACON 2 )Lb72;!?
    M  0  1  A  DELF (Q'U@{s
d]MGN^%o
    GSO  0.5  5.332000  3  M  0 aRX
    GNO  0.5  1 3  M  0.5 Hr6wgYPi
    GNO  0.5  1 3  M  1.0 Oo kxg *!5
    END !Vb,zQ
Q? qjWZY
    SNAP 7gm:ZS
    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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