SYNOPSYS 光学设计软件课程三十一：超消色差
本课将探索SYNOPSYS的一个独特功能，当您需要出色的色差校正时，它可以提供帮助，甚至比复消色差更好。
假设您正在设计一个在0.4到0.9微米范围内使用的镜头。你能用复消色差吗？让我们来看看。这是一个初始结构的RLE文件，除了最后一个表面外，所有表面都是平的，这将为我们提供一个6英寸孔径 F / 8望远镜物镜。（复制这些行并将它们粘贴到MACro编辑器中。）
RLE
ID WIDE SPECTRAL RANGE EXAMPLE
OBB 0 .25 3
UNITS INCH
1 GLM 1.6 50
3 GLM 1.6 50
5 GLM 1.6 50
6 UMC -0.0625 YMT
7
1 TH .6
2 TH .1
3 TH .6
4 TH .1
5 TH .6
END
我们还没有指定波长，所以我们得到了默认的CdF光线。我们需要改变这一点。打开光谱向导（MSW）对话框，然后更改指示的点。
单击“获取光谱”按钮后，单击“应用于镜头”按钮。镜头现在有更广泛的光谱。这是我们的起始镜头，在SketchPad显示屏中
结果很差，需要优化。让我们优化它，改变玻璃模型。制作一个MACro：
LOG
STO 9
PANT
VLIST RAD 1 2 3 4 5
VLIST TH ALL AIR
VLIST GLM ALL
END
AANT
END
SNAP
SYNOPSYS 50
现在将鼠标放在AANT命令后的空行上，然后单击按钮
。默认选择评价函数6，因此只需单击返回宏编辑器按钮即可。这给了我们一个简单的评价函数：
LOG
STO 9
PANT
VLIST RAD 1 2 3 4 5
VLIST TH ALL AIR
VLIST GLM ALL
END
AANT
AEC
ACC
LUL 4 1 1 A TOTL
GSR .5 10 5 M 0
GNR .5 2 3 M .7
GNR .5 1 3 M 1
END
SNAP
SYNOPSYS 50
在这里，要校正所有10种波长。是时候进行优化了。运行MACro并模拟退火。镜头变得更好，但仍然不太理想：
该透镜具有曲率求解，并且在每个波长下程序将重新计算它。（我们当然不希望这种情况发生！）因此，我们制作了第二个MACro，如下所示：
STORE 9
STEPS = 50
CHG
NOP
END
PLOT DELF FOR WAVL = .365 TO 0.9 GET
9
此文件删除所有的求解（和拾取，如果有的话），然后绘制离焦。然后，它以相同的方式得到镜头。
这是色差校正后的曲线：
当然，这对于玻璃模型是有效的，通常我们会替换成真正的玻璃并重新优化。 但目前我们有一个消色差，校正了两个波长。因为我们可以在图表上画一条水平线，它会在两个地方与曲线相交。我们认为这种校正对我们来说不够好。 现在是时候学习制作“超消色差”了。 首先，我们将展示如何使用SYNOPSYS的玻璃地图功能自己找到合适的镜片组合。然后我们将展示程序如何自动完成任务。
超消色差一词是马克斯•赫茨伯格在1963年在《应用光学》上发表的一篇论文中首创的。他的理论说，如果你制作一个玻璃库的图表，其中的坐标轴是P*和P**的值，然后选择三个在一条直线上的玻璃，就有可能同时校正四个波长。P*是指部分色散(NF - N*)/(NF - NC)，其中F和C为0.4861和0.6563的夫琅和费谱线，N*为1.014的IR谱线。N**是0.365 um的UV线，给你一个类似的P**的方程。
我们将简要概述手工操作的程序，以便您知道如何操作。
屏幕上的SYNOPSYS玻璃图可以向我们展示我们的需求。 键入MGT以打开“玻璃表选择”对话框并选择O（Ohara）目录。显示玻璃图时，单击“图形”按钮，然后选择底部选项。
在此图表中，您可以看到每个元件的模型的当前位置（红色圆圈）。他们有点紧凑，但这是一个很短的路线。您需要做的是调整线条，使其连接三种玻璃类型，最好是尽可能长的线条。您往往选择靠近的底部的火石玻璃，并按单击其中一个。这就把线的底部放在那个玻璃上。然后在分布的顶部附近选择一个玻璃，然后单击键将其放在那里。现在选择靠近该线中心的第三个玻璃，并尽可能靠近它。写下这三个玻璃的名字。
我们有三种潜在的超消色差镜。它们是S-PHM52型、S-NPH5型和S-TIL27型。您还可以显示相对成本和其他属性，以帮助您选择三个可接受的玻璃。然后你把这三种玻璃镜插入镜头并进行优化。如果不能得到满意的镜头，你可以根据相同的操作选择不同的三个的组合。这个过程相当繁琐，但通常都很有效。
另一个步骤是让程序为您选择玻璃组合。在CW中输入
FST的意思是找到超消色差三片镜。该输入将检查Ohara和Schott编目中所有玻璃类型的组合，并对最适合超消色差的10种进行评级。在命令窗口中输入FST，该程序发现以下内容:
这种方法优于手工操作，因为它可以将不同厂家的玻璃结合在一起。例如，组合5是由一个Ohara玻璃和两个来Schott的玻璃。让我们试试这个组合。我们编辑优化MACro，如下所示。(这里，我们使用了现成的评价函数8，它校正了横向色差和OPD畸变的组合，然后调整了权重。)
LOG
STO 9
CHG
1 GTB O 'S-FPL55'
3 GTB S 'N-SSK8'
5 GTB S 'SF1'
END
PANT
VLIST RAD 1 2 3 4 5
VLIST TH ALL
!VLIST GLM ALL
END
AANT
AEC
ACC
ADT 6 1 1
ACM .5 1 .1
LUL 4 1 1 A TOTL
AEC
ACC
GSR .5 10 5 M 0
GNR .5 5 3 M .7
GNR .5 4 3 M 1
GSO 0 0.003916 5 M 0
GNO 0 0.003 3 M .7
GNO 0 0.002 3 M 1
END
SNAP
SYNOPSYS 50
在运行了这个程序和模拟退火之后，我们得到了一个透镜，在从第一个波长和中间波长，在全场上都被校正的很好，尽管第10个波长（0.4um）并没有像其他波长那样被矫正的那么好。
我们猜测三种玻璃的顺序。有六种可能的组合，通过尝试，我们发现5 1 3的顺序更好。我们以同样的方式进行，查看FST返回的每个组合。第六组更好:
现在我们在整个（非常宽）光谱区域上校正到大约四分之一波长。我们的第二个MACro现在展示了什么？
输入
STORE 9
STEPS = 50
CHG
NOP
END
PLOT DELF FOR WAVL = .365 TO 0.9 GET
当然，它是在三种波长上校正的，但我们的目标是四种波长。为什么曲线在右端不会再上升，就像一个真正的超消色差设计?这个程序在评价函数中平衡了一切，而不仅仅是轴向色差，少量的色球差使它稍微偏离。不过，这是一个很好的镜头!
