[原创]无热化红外望远镜:SYNOPSYS 光学设计软件 [复制链接]

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会发生什么。 我们从下面的镜头开始。

这是示例文件中的镜头X11，我们调整了最后一个空气间隔以改善焦点。 以下是此示例的RLE文件：

    ID  FOUR  ELEMENT  INFRARED  OBJECTIVE

    WAVL  4.000000  3.250000  2.500000

    APS                1

    UNITS  MM

    OBB  0.000000   3.00000   30.00000   0.00000   0.00000   0.00000   30.00000

    MARGIN      1.270000

    BEVEL       0.254001

    0 AIR

    1 RAD   163.0500000000000   TH   4.50000000

    1 N1  3.42403414  N2 3.42836910  N3 3.43782376

    1 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01

    1 CTE    0.255000E-05

    1 GTB  U      'SILICON '

    1 EFILE  EX1    31.417334   31.417334   31.671335   0.000000

    1 EFILE  EX2    31.014427   31.417334    0.000000

    2 RAD    255.4500000000000   TH   5.55000000  AIR

    2 AIR

    2 EFILE  EX1    31.014427   31.417334    31.671335

    3 RAD    -721.5000000000000   TH    3.60000000

    3 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029

    3 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01

    3 CTE    0.550000E-05

    3 GTB  U    'GE          '

    3 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644    0.000000

    3 EFILE   EX2   30.633643   30.633643    0.000000

    4 RAD     -1590.0000000000000   TH     65.70000000 AIR

    4 AIR

    4 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644

    5 RAD     145.5000000000000    TH    3.15000000

    5 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029

    5 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01

    5 CTE    0.550000E-05

    5 GTB  U  'GE           '

    5 EFILE  EX1   27.236976   27.236976   27.490977  0.000000

    5 EFILE  EX2   26.712556   27.236976     0.000000

    6 RAD    120.4500000000000  TH    13.20000000 AIR

    6 AIR

    6 EFILE  EX1   26.712556   27.236976   27.490977

    7 RAD    255.0000000000000   TH    4.50000000

    7 N1  3.42403414  N2  3.42836910  N3  3.43782376

    7 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01

    7 CTE    0.255000E-05

    7 GTB U       'SILICON        '

    7 EFILE  EX1   27.355510   27.355510   27.609511  0.000000

    7 EFILE  EX2   27.165926   27.355510    0.000000

    8 RAD 2025.0000000000000 TH 107.272545 AIR

    8 AIR

    8 EFILE  EX1   27.165926   27.355510   27.609511

    9 RAD     -405.0000000000000   TH   0.00000000 AIR

    9 AIR

    END

让我们假设这个镜头必须在20到100℃的温度范围内保持聚焦。现在的性能如何？ 为了找到答案，我们运行THERM程序，首先测试是否存在所有必需的系数。

    SYNOPSYS AI>THERM TEST

    WARNING -- NO DEFAULT CTE HAS BEEN ASSIGNED TO AIRSPACES

    ALL GLASSES IN THIS LENS HAVE BEEN ASSIGNED THERMAL-INDEX COEFFICIENTS

    SYNOPSYS AI>

实际上，这个镜头从未为空气间隔分配系数。 我们用CHG文件解决了这个问题，分配铝型6061的系数：

    CHG

    ALPHA A6061

    END

现在我们可以激活热追踪。 我们创建并运行一个新的MACro：

    HERM

    ATS 100 2

    END

这将镜头的副本放在多重结构2中，所有参数也都随着温度从默认的20到100度的变化而变化，这是ACON 2现在的样子

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好处。 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显示中的表面4。 我们怀疑以下空气间隔的变化可能会改变焦点位置。 实际上，所需的变化必须非常小，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。

实际上，图像几乎汇聚在焦点上，并且改变非常小，从65.7到65.577。 我们越来越近了。 现在我们必须找出一种方法，使元件3以那种方式随温度移动。 有时可行的一个技巧是设计具有外套管的单元，外套管从表面4向右延伸，经过下一个元件，然后使用内套管返回中途并保持这些元件。 如果外套管由铝制成，内部由塑料制成，则元件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 。现在点击表面4和5之间的透镜图中的轴。插入虚拟表面。

现在我们必须告诉程序，从5到6的膨胀系数与默认的铝不同。 关闭WS并创建一个新的THERM文件：

    THERM

    COE 1 STYRENE

    TCHANGE 1

    5

    ATS 100 2

    END

我们运行这个，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：

    ACON 1

    PANT

    VY  4  TH 1000 -1000

    VY  5  TH 1000 -1000

    END

    AANT

    ACON 1

    M  0  1  A  DELF

    M  8.103249  1  A  P  YA  1

    GSO  0.5  5.332000  3  M  0

    GNO  0.5  1  3  M  0.5

    GNO  0.5  1  3  M  1.0

    ACON 2

    M  0  1  A  DELF

    GSO  0.5  5.332000  3  M  0

    GNO  0.5  1 3  M  0.5

    GNO  0.5  1 3  M  1.0

    END

    SNAP

    SYNO  20  MULTI

这将尝试在两个温度下保持系统聚焦并尝试同时保持图像质量。 我们运行这个，现在ACON 2中的镜头比以前更好：

有一些图像质量下降，但在合理范围内，焦点仍然在应该的地方，即使温度变化。现在注意表面5的位置。这告诉你两个套管必须延伸到哪里以及它们应该连接的位置。不受温度影响并不困难。

一些评论是有条不紊的。我们已经为TH变量输入了清楚的限制，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。 （有些变化可能会改变这种情况，我们必须小心。）我们还没有实现这些选项来解释是将镜头放在元件的左边还是右边，因为对于此示例，扩展被默认应用于正确的地方。是的，有时不受温度影响确实更复杂，您可以参考用户手册，以获得有关此强大功能可用于更艰难任务的选项的完整说明。