SYNOPSYS 光学设计软件课程三十一:超消色差
0j-;4>p P4"EvdV7 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。 J$Ba*`~!! 假设您正在设计一个在0.4到0.9微米范围内使用的镜头。 你能用复消色差吗? 让我们来看看。 这是一个初始结构的RLE文件,除了最后一个表面外,所有表面都是平的,这将为我们提供一个6英寸孔径 F / 8望远镜物镜。 (复制这些行并将它们粘贴到MACro编辑器中。)
0c:jwtf RLE #w]:<R^ ID WIDE SPECTRAL RANGE EXAMPLE '"Dgov$q OBB 0 .25 3 8!dA1]2; UNITS INCH GmLKg >% 1 GLM 1.6 50 b"#|0d0 3 GLM 1.6 50 Kd,7x'h`E 5 GLM 1.6 50 sJ/?R: 6 UMC -0.0625 YMT 9Lxa?Y1 7 >/F,Z%!&q 1 TH .6 s@bo df& 2 TH .1 ,n?oNU 3 TH .6 owc#RW9 7 4 TH .1 N)Z,/w9 5 TH .6 }M9L,O*^ END k
GzosUt PYz^9Ud 6g 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。 m48m5> 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 YTpO4bX 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: IGd]! LOG f=Rx8I STO 9 jE</a% Rc H",*U PANT ^SKuX?f\ VLIST RAD 1 2 3 4 5 |};P"& VLIST TH ALL AIR a$SGFA}V VLIST GLM ALL DLv\]\h}L END @<O
Bt d EI*B( AANT
K$dSg1t
@exeHcW61 END W"_")V=QBz 2n]Br SNAP O$
7R<V SYNOPSYS 50 /L8Q[`;. ^b]h4z$ 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: 25RFi24>D … %OeA"# AANT i"~J -{d} AEC 9H9 P'lx9 ACC ?H\K]; LUL 4 1 1 A TOTL 0yhC_mI GSR .5 10 5 M 0 `<1o}r 7i GNR .5 2 3 M .7 ^u@"L GNR .5 1 3 M 1 E)l0`83~^ ;by`[) END M<R3Jz T … K!c "g,S PT7-_r 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: uOzol~TU) 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: \&K{v#g~ STORE 9 DlHt#Ob7 STEPS = 50 o}q>oa b z CHG [&e|:1 NOP R_IUuz$e END .gL%0 PLOT DELF FOR WAVL = .365 TO 0.9 GET YIjY? 9 AI{Tw>hZ V\$'3(* 此文件删除所有的求解(和拾取,如果有的话),然后绘制离焦。 然后,它以相同的方式得到镜头。 这是色差校正后的曲线: I!FIV^}Z( 当然,这对于玻璃模型是有效的,通常我们会替换成真正的玻璃并重新优化。 但目前我们有一个消色差,校正了两个波长。 因为我们可以在图表上画一条水平线,它会在两个地方与曲线相交。 我们认为这种校正对我们来说不够好。 现在是时候学习制作“超消色差”了。 .E H&GX 首先,我们将展示如何使用SYNOPSYS的glassmap功能自己找到合适的镜片组合。 然后我们将展示程序如何自动完成任务。 }
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]A?'& 超消色差一词是马克斯•赫茨伯格在1963年在《应用光学》上发表的一篇论文中首创的。他的理论说,如果你制作一个玻璃库的图表,其中的坐标轴是P*和P**的值,然后选择三个在一条直线上的玻璃,就有可能同时校正四个波长。P*是指部分色散(NF - N*)/(NF - NC),其中F和C为0.4861和0.6563的夫琅和费谱线,N*为1.014的IR谱线。N**是0.365 um的UV线,给你一个类似的P**的方程。 #aX+?z\4 我们将简要概述手工操作的程序,以便您知道如何操作。 I$.HG] 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。 1>I4=mj 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。 c2Q KI~\x 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。 a_jw4"Sb 另一个步骤是让程序为您选择玻璃组合。在CW中输入 !&'GWQY{( FST s!WGs_1@ PREF '3BBTr%aZ CAT O BbU%p CAT S 7+_TdDBYs GO U"nk AW Gw!VPFV>W 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: ~s3X&!# SYNOPSYS AI>FST t6/w({}j ~
_ ogeD FST>PREF PIk2mX/D_6
BK$cN>J FST>CAT O /\L-y,>X FST>CAT S tuT>,BbR !3O8B0K)v FST>GO Y~E
8z J,iS<lV_ SUPERACHROMAT GLASS SEARCH RESULTS (LOWER SCORES ARE BETTER) 'e&L53n SvTd#>ke SCORE UPPER MIDDLE LOWER OFFSET bsuGZ 1 0.02120605 O S-FPL53 O S-LAL13 O S-TIM28 0.00000424 !wbO:py[8> 2 0.01881642 O S-FPL55 O S-TIL27 O S-TIH23 0.00000071 7+!FZo{? 3 0.01810522 O S-FPL53 O S-BAL42 O S-NBH53 0.00000154 C{{RU7iqc& 4 0.02008505 O S-FPL53 O S-LAL8 O S-NPH1W 0.00000923 !4.VK-a9V% 5 0.02147608 O S-FPL55 S N-SSK8 S SF1 0.00000460 %mqep5n( 6 0.02082027 O S-FPL55 S N-KF9 S SF10 0.00000567 zR@4Z>6
7 0.02008505 O S-FPL53 O S-LAL8 O S-NPH1 0.00000923
}?eO.l{ 8 0.02026308 S N-FK58 S N-SSK8 S SF4 0.00000296 xG_LEk( zD 9 0.02139100 O S-FPL53 S N-SK4 S SF56A 0.00000909 xDqJsp=]- 10 0.01357538 O S-FPL53 O S-BAL11 O S-TIH14 0.00000098 g=#Cc(
q ke2zxX2f 这种方法优于手工操作,因为它可以将不同厂家的玻璃结合在一起。例如,组合5是由一个Ohara玻璃和两个来Schott的玻璃。让我们试试这个组合。我们编辑优化MACro,如下所示。(这里,我们使用了现成的评价函数8,它校正了横向色差和OPD畸变的组合,然后调整了权重。) .(J~:U LOG PiwMl)E|! STO 9 hs;YMUA" hwx1 fpo4 CHG d/"%fpp^0G 1 GTB O 'S-FPL55' v(0IQ 3 GTB S 'N-SSK8' *A&A V||q 5 GTB S 'SF1' p>ba6BDJT END ?^3Y+)} L`2(u!i J PANT rF^H\U:w VLIST RAD 1 2 3 4 5 G;ihm$Cad VLIST TH ALL =67ab_V !VLIST GLM ALL tZXq<k9 END "lVbla4b
c9ye[81 AANT 2%?Kc]JY9 AEC 9kzJ5} ACC G1
K@Ir< ADT 6 1 1 R@df~ ACM .5 1 .1 m2a[E0 LUL 4 1 1 A TOTL 2tw3 =) lRANXM AEC !U7}?i&H ACC m@i](1*T| GSR .5 10 5 M 0 +xL' LCx GNR .5 5 3 M .7 01n7ua*XX GNR .5 4 3 M 1 qV#,]mX GSO 0 0.003916 5 M 0 YB+My~fw{l GNO 0 0.003 3 M .7 |4C5;"P c GNO 0 0.002 3 M 1 Z!+n/ D-1 H73 r3BH END `t7z
LC^c F! [Gj%~I
SNAP fKbg ? SYNOPSYS 50 'u#c_m!9 v8"Zru 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。 &s8vmUt 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: ;S9
z@`a. 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? kmg/hNtN 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!
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