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optics1210 2018-09-21 10:53

SYNOPSYS 光学设计软件课程三十一:超消色差

p >aw  
F5IZ"Itu(  
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。 S=O$JP79  
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。)

1+^n!$  
    RLE 8c).8RLf  
    ID WIDE SPECTRAL RANGE EXAMPLE *Sb2w*c>  
    OBB 0 .25 3 #!d]PH746  
    UNITS INCH e\.HWV]I  
    1 GLM 1.6 50 @?/\c:cp  
    3 GLM 1.6 50 }ecs Gw  
    5    GLM 1.6 50 {^wdJZ~QLK  
    6    UMC -0.0625 YMT .,mM%w,^O  
    7 J wFned#T  
    1    TH .6 IMaYEO[  
    2    TH .1 PP-kz;|  
    3    TH .6 STB-guia5  
    4    TH .1 q{@P+2<wF  
    5    TH .6 T*\$<-^  
    END
%EoH4LzT  
hVZo"XUb  
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Spectrum Wizard(MSW),然后更改指示的点。
!a[$)c  
单击“获取光谱”按钮后,单击“应用于镜头”按钮。 镜头现在有更广泛的光谱。 这是我们的起始镜头,在SketchPad显示屏中
V{$Sfmey  
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:
[B,p,Q"  
    LOG ITc `]K  
    STO 9 f".q9{+p,  
_BwKY#09Zp  
    PANT qUg9$oh{LI  
    VLIST RAD 1 2 3 4 5 ^4UcTjh  
    VLIST TH ALL AIR 6eo4#/+%  
    VLIST GLM ALL "Q?_ EEn  
    END >13/h]3  
0BFz7  
    AANT * gHCy4u{  
w"6aha*%7  
    END *;X-\6  
0BDoBR  
    SNAP 1M/$< kQ-N  
    SYNOPSYS 50
|h D~6a  
GEfY^! F+  
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Merit功能编号6,因此只需单击Back to MACro编辑器按钮即可。 这给了我们一个简单的评价函数:
ol#yjrv  
    … sW'6} ^Q  
    AANT ZM 8U]0[X  
    AEC b- uZ"Kf^  
    ACC '$*[SauAG  
    LUL 4 1 1 A TOTL 1b+h>.gWar  
    GSR .5 10 5 M 0 \*J.\f  
    GNR .5 2 3 M .7 ,\}k~ U99  
    GNR .5 1 3 M 1 Pv[ykrm/  
+ "zYn!0  
    END `Jqf**t  
    …
<K,[sy&Qy  
AbG&9=Ks  
在这里,要校正所有10种波长。是时候进行优化了。 运行MACro并模拟退火。 镜头变得更好,但仍然不太理想:
 RY9. n  
该透镜具有曲率求解,并且在每个波长下程序将重新计算它。 (我们当然不希望这种情况发生!)因此,我们制作了第二个MACro,如下所示:
u ]SZ{[ e  
    STORE 9 zQt1;bo  
    STEPS = 50 /D8EI   
    CHG dXDXRY.FMQ  
    NOP L^x5&CCwk  
    END +8eVj#N  
    PLOT DELF FOR WAVL = .365 TO 0.9 GET L, #Byao  
    9
_E (x2BS?  
V4Qz*z%  
此文件删除所有的求解(和拾取,如果有的话),然后绘制离焦。 然后,它以相同的方式得到镜头。 这是色差校正后的曲线:
k1m'Ka-  
当然,这对于玻璃模型是有效的,通常我们会替换成真正的玻璃并重新优化。 但目前我们有一个消色差,校正了两个波长。 因为我们可以在图表上画一条水平线,它会在两个地方与曲线相交。 我们认为这种校正对我们来说不够好。 现在是时候学习制作“超消色差”了。 n@_)fFD%  
首先,我们将展示如何使用SYNOPSYS的glassmap功能自己找到合适的镜片组合。 然后我们将展示程序如何自动完成任务。 Z) t{JHm:  
超消色差一词是马克斯•赫茨伯格在1963年在《应用光学》上发表的一篇论文中首创的。他的理论说,如果你制作一个玻璃库的图表,其中的坐标轴是P*和P**的值,然后选择三个在一条直线上的玻璃,就有可能同时校正四个波长。P*是指部分色散(NF - N*)/(NF - NC),其中F和C为0.4861和0.6563的夫琅和费谱线,N*为1.014的IR谱线。N**是0.365 um的UV线,给你一个类似的P**的方程。 N-xnenci  
我们将简要概述手工操作的程序,以便您知道如何操作。 _V&x`ks  
屏幕上的SYNOPSYS玻璃图可以向我们展示我们的需求。 键入MGT以打开“玻璃表选择”对话框并选择O(Ohara)目录。 显示玻璃图时,单击“图形”按钮,然后选择底部选项。
d&?F#$>7|  
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。
wZ O@J|  
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。 lZBv\JE  
另一个步骤是让程序为您选择玻璃组合。在CW中输入
!9PX\Xbn  
    FST !;jgzi?z  
    PREF 1S&0  
    CAT O :Nkz,R?  
    CAT S UL[uh@4  
    GO
i"< ZVw  
lqauk)(A0  
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。该程序发现以下内容:
/K[]B]1NE  
    SYNOPSYS AI>FST !@A|L#*  
!*9FKDB{  
    FST>PREF ;tm3B2  
u!M& ;QL  
    FST>CAT O |K6nOX!i  
    FST>CAT S ["<5?!bU  
0:jsV|5B8  
    FST>GO $@68=  
y>4p~  
    SUPERACHROMAT GLASS SEARCH RESULTS (LOWER SCORES ARE BETTER) 9Il'E6 J  
.a5X*M]  
            SCORE       UPPER              MIDDLE             LOWER                   OFFSET } mgVC  
    1        0.02120605 O S-FPL53          O S-LAL13          O S-TIM28             0.00000424 4_WH 6Z  
    2        0.01881642 O S-FPL55          O S-TIL27          O S-TIH23             0.00000071 KLON;  
    3        0.01810522 O S-FPL53          O S-BAL42          O S-NBH53             0.00000154 { qjUI  
    4        0.02008505 O S-FPL53          O S-LAL8           O S-NPH1W             0.00000923 ,=yOek}  
    5        0.02147608 O S-FPL55          S N-SSK8           S SF1                 0.00000460 \G]K,TG  
    6        0.02082027 O S-FPL55          S N-KF9            S SF10                0.00000567 S3nB:$_-;  
    7        0.02008505 O S-FPL53          O S-LAL8           O S-NPH1              0.00000923 A(PE  
    8        0.02026308 S N-FK58           S N-SSK8           S SF4                 0.00000296 9GtLMpy  
    9        0.02139100 O S-FPL53          S N-SK4            S SF56A               0.00000909 F|9a}(-7  
    10      0.01357538 O S-FPL53          O S-BAL11          O S-TIH14             0.00000098
L(W%~UGN V  
 PE^eP}O1  
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。)
iOKr9%9?Z  
    LOG !,I7 ?O  
    STO 9 bOi};/f  
b!0'Qidh0  
    CHG BDWim`DK"  
    1 GTB O 'S-FPL55' K3j_C` Se  
    3 GTB S 'N-SSK8' \dC.%#  
    5 GTB S 'SF1' &~z+R="=  
    END <yis  
 F|DR  
    PANT 4F}g(  
    VLIST RAD 1 2 3 4 5 8}Fw%;Cb  
    VLIST TH ALL cb\jrbj6  
    !VLIST GLM ALL |~7+/VvI+  
    END +oE7~64LL  
+ZY2a7uI  
    AANT [c,|Lw4  
    AEC Z|V"8jE  
    ACC <\B],M1=s=  
    ADT 6 1 1 NEjPU#@c  
    ACM .5 1 .1 4he v ;  
    LUL 4 1 1 A TOTL :!r9 =N9  
6-)7:9y  
    AEC  EGp~Vo-  
    ACC !l sy&6  
    GSR .5 10 5 M 0 p ~,a=  
    GNR .5 5 3 M .7 67Af} >Q  
    GNR .5 4 3 M 1 }S'I DHla  
    GSO 0 0.003916 5 M 0 Ukk-(gjX  
    GNO 0 0.003 3 M .7 _ C7abw-  
    GNO 0 0.002 3 M 1 Z!q2F%02FO  
.6lY*LI  
    END @2x0V]AI  
oO!1  
    SNAP V+4k!  
    SYNOPSYS 50
z*??YUT\M  
eO|^Lu]+  
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。
U89]?^|bb  
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:
|G`4"``]k  
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?
f;@ b a[  
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!

打怪 2021-08-20 15:16
学习一下
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