[原创]SYNOPSYS 光学设计软件课程八：复消色差 [复制链接]

本课程介绍比使用简单的双胶合透镜，使色差校正更好的透镜。Rutten＆van Venrooij的书《望远镜光学》（Telescope Optics）给出了如何设计的简要描述。它的要点是，必须使用满足某些特性的三种不同玻璃。可以通过检查玻璃库显示器选择它们。为了说明，我们将从使用Schott目录中的玻璃类型N-SK4，N-KZFS4和N-BALF10开始设计。以下是初始透镜结构：

    RLE

    ID F10 APO

    WAVL .6500000 .5500000 .4500000

    APS    3

    UNITS INCH

    OBB    0.00    0.5    2.00000    -0.01194    0.00000    0.00000    2.00000

        0 AIR

        1    RAD    -300.4494760791975    TH    0.58187611

        1    N1 1.60978880 N2 1.61494395 N3    1.62386887

        1    GTB S    'N-SK4    '

        2    RAD    -7.4819193194388    TH    0.31629961    AIR

        2    AIR

        3    RAD    -6.8555018049530    TH    0.26355283

        3    N1 1.60953772 N2 1.61628830 N3    1.62823445

        3    GTB S    'N-KZFS4    '

        4    RAD    5.5272935517214    TH    0.04305983    AIR

        4    AIR

        5    RAD    5.6098999521052    TH    0.53300999

        5    N1 1.66610392 N2 1.67304720 N3    1.68543133

        5    GTB S    'N-BAF10    '

        6    RAD    -27.9819596092866    TH    39.24611007    AIR

        6    AIR

        6    CV    -0.03573731

        6    UMC    -0.05000000

        6    TH    39.24611007

        6    YMT    0.00000000

        7    RAD    -11.2104527948015    TH    0.00000000    AIR

    END

打开此文件，打开SketchPAD（PAD），然后单击GlassTable按钮。从打开的框中选择Schott列表。显示如下：

这显示了Schott玻璃库，单击图表按钮...

...然后选择Plot P(F,e) vs. Ve

显示发生了变化，现在横坐标是e线的V-number （0.54607 um），纵坐标是数量(NF – Ne)/(NF – NC)。

复消色差理论表明必须选择三个不在同一直线上的玻璃。 他们必须形成一个三角形，面积越大越好。 绿色圆圈显示的现有玻璃。他们工作得很好 - 但我们希望可以做得更好。

单击旁边带有数字“1”的绿色圆圈。 那是目前表面上的玻璃1，N-SK4。 现在单击Properties按钮，查看此玻璃的属性，如下所示。

这种玻璃物理性质不是那么稳定：湿度等级为3，酸敏感度为5.让我们看看我们是否能为第一个透镜找到更好的玻璃。 （第一个镜片将与空气接触，物理稳定性非常重要。）再次单击“图形”按钮，然后单击“酸敏感度”单选按钮，然后单击“确定”。 在绿色圆圈附近根据需要滑动鼠标滚轮，使局部图像变得更大，然后单击Full Name按钮。

现在，您可以看到穿过玻璃位置的红色垂直线，显示酸敏感度。玻璃N-SK4的线条相当长，因为该玻璃不是很耐用。在左边你看到N-BAK2，根本没有线（它是最好的类别）。在右侧窗口中显示玻璃名称的地方单击该位置...

...再次单击“属性”按钮。很好！该玻璃的酸等级为1，耐湿性更好，价格也更低。 我们没有理由不使用它而是去使用之前的N-SK4。 在表面框中输入表面编号（1），然后单击\Apply/。 玻璃N-BAK2现在分配给表面1。

现在通过删除名称（click Spots Only），选择Graph，来清除显示，然后选择No Graph and OK。

当然透镜没有针对这种玻璃进行优化，因此我们必须运行优化程序。 这是一个可以完成这项工作的MACro。

    PANT

    VLIST RAD 1 2 3 4 5 7

    VLIST TH 2 4 END

    AANT AEC ACC

    GSO    0    1 4 M 0 0

    GNO    0    .2 3 M .75 0

    GNO    0    .1 3 M 1.0 0

    END

    SNAP SYNO 30

运行此MACro。 我们得到一个更好的设计，制造更便宜，更耐用的元件，并在0.45至0.65微米的范围内进行校正。 这是该设计的RLE文件：

    RLE

        ID F10 APO

        WAVL .6500000 .5500000 .4500000

        APS    3

        UNITS INCH

        OBB    0.000000    0.50000    2.00000    -0.00652    0.00000    0.00000    2.00000

            0    AIR

            1 RAD    -167.6807592628928    TH    0.58187611

            1 N1 1.53742490 N2 1.54188880 N3 1.54960358

            1 CTE    0.800000E-05

            1    GTB S    'N-BAK2    '

            2 RAD    -7.0647888938302    TH    0.36076391 AIR

            3 RAD    -6.5538674975636    TH    0.26355283

            3    N1 1.60953772 N2 1.61628830 N3    1.62823445

            3    CTE    0.730000E-05

            3    GTB S    'N-KZFS4    '

            4    RAD    5.3138288434095    TH    0.03937000    AIR

            5    RAD    5.4083667709938    TH    0.53300999

            5    N1 1.66610392 N2 1.67304720 N3    1.68543133

            5    CTE    0.618000E-05

            5    GTB S    'N-BAF10    '

            6    RAD    -19.4177738787113    TH    39.42904372    AIR

            6    CV    -0.05149921

            6    UMC    -0.05000000

            6    TH    39.42904372

            6    YMT    0.00000000

            7    RAD    -11.1931120564708    TH    0.00000000    AIR

        END

让我们看看离焦在新设计中如何随色差变化。

    CHG

    NOP

    END

    PLOT DELF FOR WAVL = .45 TO .65

该分析显示在设计范围内的离焦约为0.0026英寸，并且是一个完美的Airy斑。（后者由图像工具（MIT）计算，其中10个波长分配给透镜，在中心产生良好的白斑，具有相干效果。）离焦不为零，因为程序已经平衡了与球差随波长变化的小偏移。两者都很小。（此版本在L8L3.RLE。）我们如何分配10个波长？ 使用Spectrum Wizard（MSW）。

请注意我们如何在这种情况下绘制DELF而不是BACK，就像我们之前所做的那样。我们用NOP指令消除了所有的求解，所以后面的焦点现在已经固定了。但是，近轴离焦DELF现在随波长而变化。