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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

&?y7I Pp  
nR[^|CAR  
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。 R&*@@F-dx  
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。)

oxzq!U  
    RLE JRY_ nX  
    ID WIDE SPECTRAL RANGE EXAMPLE 9 I{/zKq  
    OBB 0 .25 3 G>K@AW #  
    UNITS INCH s6n`?,vw  
    1 GLM 1.6 50 pawl|Z'Ez  
    3 GLM 1.6 50 Juu+vMn1  
    5    GLM 1.6 50 YG`? o  
    6    UMC -0.0625 YMT N}x9N.  
    7 !),t"Ae?>  
    1    TH .6 I]9 C_  
    2    TH .1 9->q|E4  
    3    TH .6 /8c&Axuv  
    4    TH .1 X{\jK]O  
    5    TH .6 QIK 9  
    END
)+EN$*H  
orqJ[!u)`  
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。
#K|9^4jt  
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
! %Ny0JkO  
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:
I 8z G~L%"  
    LOG /iG7MC\`  
    STO 9 EI1? GB)b  
x+7*ADKb  
    PANT jDX>izg;V  
    VLIST RAD 1 2 3 4 5 5JSrrpGr  
    VLIST TH ALL AIR nB] Ia?  
    VLIST GLM ALL g) 1X&>  
    END B(,:haAr  
t)a;/scT  
    AANT W5 ec  
fzPZ|  
    END H M:r0_  
+>tUz D  
    SNAP K0Tg|9  
    SYNOPSYS 50
K 1W].(-@4  
\Y5W!.(%w  
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:
GLUUY0  
    … G5Ykbw#  
    AANT 6gU{(H   
    AEC  v~=\H  
    ACC tC)6  
    LUL 4 1 1 A TOTL /.Q4~Hw%}  
    GSR .5 10 5 M 0 iqPBsIW  
    GNR .5 2 3 M .7 2*1ft>Uty  
    GNR .5 1 3 M 1 orfp>B) 0  
"pvH0"Q*  
    END [Qj;/  
    …
5o 0Ch  
SSA W52xC  
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:
lm0N5(XP  
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:
Jp~zX lu  
    STORE 9 RE"^ )-  
    STEPS = 50 $kPHxD!"  
    CHG ]Kh2;>= Xj  
    NOP ,hRN\Kt)p  
    END [TTSA2  
    PLOT DELF FOR WAVL = .365 TO 0.9 GET 6Q Zp@  
    9
r{K;|'d%h  
s V  }+eU  
此文件删除所有的求解(和拾取,如果有的话),然后绘制离焦。 然后,它以相同的方式得到镜头。 这是色差校正后的曲线:
NNkP\oh\  
当然,这对于玻璃模型是有效的,通常我们会替换成真正的玻璃并重新优化。 但目前我们有一个消色差,校正了两个波长。 因为我们可以在图表上画一条水平线,它会在两个地方与曲线相交。 我们认为这种校正对我们来说不够好。 现在是时候学习制作“超消色差”了。 `u_Qa  
首先,我们将展示如何使用SYNOPSYS的glassmap功能自己找到合适的镜片组合。 然后我们将展示程序如何自动完成任务。 0.;}]v  
超消色差一词是马克斯•赫茨伯格在1963年在《应用光学》上发表的一篇论文中首创的。他的理论说,如果你制作一个玻璃库的图表,其中的坐标轴是P*和P**的值,然后选择三个在一条直线上的玻璃,就有可能同时校正四个波长。P*是指部分色散(NF - N*)/(NF - NC),其中F和C为0.4861和0.6563的夫琅和费谱线,N*为1.014的IR谱线。N**是0.365 um的UV线,给你一个类似的P**的方程。 dh -,E  
我们将简要概述手工操作的程序,以便您知道如何操作。 `I;F$`\  
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。
zP)~a  
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。
Zv!{{XO2;  
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。  .\:J~(  
另一个步骤是让程序为您选择玻璃组合。在CW中输入
4N>>+]MWc  
    FST F- rQ3  
    PREF {?8B,G2r  
    CAT O z`3( ,V  
    CAT S I;MD>%[W,  
    GO
.~D>5 JnEk  
s0"e'  
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:
,kM)7!]N  
    SYNOPSYS AI>FST osP\D iQ  
sen=0SB/  
    FST>PREF 3$/ 4wH^  
7 hw .B'7  
    FST>CAT O dcfe_EuT  
    FST>CAT S E6MA?Ax&=  
EL{vFP  
    FST>GO 9pSUIl9|j  
$)Bg JDr  
    SUPERACHROMAT GLASS SEARCH RESULTS (LOWER SCORES ARE BETTER) tkKJh !Q7  
kxB.,'  
            SCORE       UPPER              MIDDLE             LOWER                   OFFSET &#w=7L3AW  
    1        0.02120605 O S-FPL53          O S-LAL13          O S-TIM28             0.00000424 }JgYCsF/f  
    2        0.01881642 O S-FPL55          O S-TIL27          O S-TIH23             0.00000071 5/0j}_pP  
    3        0.01810522 O S-FPL53          O S-BAL42          O S-NBH53             0.00000154 (p)!Mq "^  
    4        0.02008505 O S-FPL53          O S-LAL8           O S-NPH1W             0.00000923 ]0j9>s2|Z  
    5        0.02147608 O S-FPL55          S N-SSK8           S SF1                 0.00000460 Xrqx\X  
    6        0.02082027 O S-FPL55          S N-KF9            S SF10                0.00000567 4'>1HW  
    7        0.02008505 O S-FPL53          O S-LAL8           O S-NPH1              0.00000923 ;0%OB*lcgE  
    8        0.02026308 S N-FK58           S N-SSK8           S SF4                 0.00000296 j}JZ  
    9        0.02139100 O S-FPL53          S N-SK4            S SF56A               0.00000909 l.=p8-/$'7  
    10      0.01357538 O S-FPL53          O S-BAL11          O S-TIH14             0.00000098
N_gD>6I  
| A)\ :  
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。)
a[!%L d  
    LOG %&<LNEiUN  
    STO 9 0y#Ih {L  
tT%/r,  
    CHG 8?FueAM'  
    1 GTB O 'S-FPL55' @x&P9M0g  
    3 GTB S 'N-SSK8' E8[T   
    5 GTB S 'SF1' L"+$Wc[|  
    END _2ef LjXQ  
X[$++p .  
    PANT 6;b9swmh  
    VLIST RAD 1 2 3 4 5 %VNlXHO.  
    VLIST TH ALL bZwnaM4"F  
    !VLIST GLM ALL 3251Vq %  
    END f>$``.O  
V|D] M{O  
    AANT @z`@f"l  
    AEC 5g5'@vMN  
    ACC 4"?^UBr  
    ADT 6 1 1 W7No ls{  
    ACM .5 1 .1 1 OaXo!  
    LUL 4 1 1 A TOTL qt e>r  
fPa9ofU/kr  
    AEC 1 jb/o5n;  
    ACC G=9d&N  
    GSR .5 10 5 M 0 gXFWxT8S  
    GNR .5 5 3 M .7 kSncZ0K{  
    GNR .5 4 3 M 1 4Ft1@  
    GSO 0 0.003916 5 M 0 ?=Pd  
    GNO 0 0.003 3 M .7 ?)4?V\$  
    GNO 0 0.002 3 M 1 ~%k?L4%  
!0VfbY9C  
    END +K",^6%1  
Zo-$z8  
    SNAP #o`Ny4sq/  
    SYNOPSYS 50
Rqip kx  
:3h{ A`u  
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。
.x83Ah`  
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:
?X$, fQ#F|  
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?
7*+]wEs  
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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