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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

Dxt),4 %P  
,-(T"Ph<  
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。 U!&_mD# c  
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。)

f]tv`<Q7  
    RLE +M'aWlPg,  
    ID WIDE SPECTRAL RANGE EXAMPLE /l,+oG%\  
    OBB 0 .25 3 I tI0x  
    UNITS INCH d>%gW*  
    1 GLM 1.6 50 &8<<!#ob  
    3 GLM 1.6 50 e1 x^PT  
    5    GLM 1.6 50 C8IkpAD  
    6    UMC -0.0625 YMT )jyq{Jb  
    7 iHAU|`'N)  
    1    TH .6 4\LZD{  
    2    TH .1 JEWL)  
    3    TH .6 3CR@' qG-  
    4    TH .1 v B h;  
    5    TH .6 "]VDY)  
    END
h+,'B&=|_  
pheE^jUr  
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。
#D+7TWDwNt  
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
%#~((m1  
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:
O: ,$%  
    LOG S6v!GQ  
    STO 9 ?X\3&Ujy$  
G' Blp  
    PANT CRH{E}>  
    VLIST RAD 1 2 3 4 5 7~_I=-  
    VLIST TH ALL AIR 9-0<*)"b>  
    VLIST GLM ALL L0rip5[;d  
    END *YWk1Cwjo  
d1v<DU>M  
    AANT pb!V|#u"  
lnS(&`oh\=  
    END GCDwWCxh  
%$@1FlqX;  
    SNAP [r)e P({  
    SYNOPSYS 50
!p9)CjQ"  
! Tx&vtq  
现在将鼠标放在AANT命令后的空行上,然后单击按钮。 默认选择Merit功能编号6,因此只需单击Back to MACro编辑器按钮即可。 这给了我们一个简单的评价函数:
U{6oLqwq3Y  
    … 4&QUh+F  
    AANT =#qZ3 Qz_  
    AEC [4sEVu}  
    ACC pkJ/oT  
    LUL 4 1 1 A TOTL uG!:Z6%p  
    GSR .5 10 5 M 0 8S\RN&T$  
    GNR .5 2 3 M .7 E<tK4?i"  
    GNR .5 1 3 M 1 lVz9k  
\v+u;6cx_  
    END >ys[I0bo  
    …
$B;_Jo\|  
E@-ta):  
在这里,要校正所有10种波长。是时候进行优化了。 运行MACro并模拟退火。 镜头变得更好,但仍然不太理想:
 Tc6:UF  
该透镜具有曲率求解,并且在每个波长下程序将重新计算它。 (我们当然不希望这种情况发生!)因此,我们制作了第二个MACro,如下所示:
&-%>q B|*  
    STORE 9 -KH)J  
    STEPS = 50 (hIF]>,kl  
    CHG !\FkG8  
    NOP IOL L1ar  
    END UiH!Dl}<  
    PLOT DELF FOR WAVL = .365 TO 0.9 GET J'b<z.OW  
    9
w~z[wmOkp  
`s|]"'rX  
此文件删除所有的求解(和拾取,如果有的话),然后绘制离焦。 然后,它以相同的方式得到镜头。 这是色差校正后的曲线:
+k.%PO0np  
当然,这对于玻璃模型是有效的,通常我们会替换成真正的玻璃并重新优化。 但目前我们有一个消色差,校正了两个波长。 因为我们可以在图表上画一条水平线,它会在两个地方与曲线相交。 我们认为这种校正对我们来说不够好。 现在是时候学习制作“超消色差”了。 nd ink$  
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。 ~. YWV  
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。 ~e `Bq>  
我们将简要概述手工操作的程序,以便您知道如何操作。 <A >)[u  
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。
^Dg <Ki  
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。
K_~h*Yc  
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。 %@Oma  
另一个步骤是让程序为您选择玻璃组合。在CW中输入
w]u@G-e  
    FST "5C`,4s  
    PREF j~E",7Q'  
    CAT O 33'Y[4  
    CAT S hoM|P8 }rh  
    GO
?WUF!Jk  
!z 53OT!  
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:
-#In;~  
    SYNOPSYS AI>FST iCj2"T4TN  
W=JAq%yd<  
    FST>PREF BHA923p?  
3*ixlO:qGk  
    FST>CAT O QSw<%pcJE@  
    FST>CAT S /ASaB  
7j$Pt8$  
    FST>GO ~YP Jez  
:kMHRm@{  
    SUPERACHROMAT GLASS SEARCH RESULTS (LOWER SCORES ARE BETTER) ^03j8Pc-c  
lDc-W =X=  
            SCORE       UPPER              MIDDLE             LOWER                   OFFSET &<y2q/U}  
    1        0.02120605 O S-FPL53          O S-LAL13          O S-TIM28             0.00000424 1PH: \0}  
    2        0.01881642 O S-FPL55          O S-TIL27          O S-TIH23             0.00000071 i;z{zVR  
    3        0.01810522 O S-FPL53          O S-BAL42          O S-NBH53             0.00000154 Bc7V)Y K  
    4        0.02008505 O S-FPL53          O S-LAL8           O S-NPH1W             0.00000923 omSM:f_~  
    5        0.02147608 O S-FPL55          S N-SSK8           S SF1                 0.00000460 2)X4y"l  
    6        0.02082027 O S-FPL55          S N-KF9            S SF10                0.00000567 Z[Qza13lo  
    7        0.02008505 O S-FPL53          O S-LAL8           O S-NPH1              0.00000923 lg :  
    8        0.02026308 S N-FK58           S N-SSK8           S SF4                 0.00000296 &;i "P  
    9        0.02139100 O S-FPL53          S N-SK4            S SF56A               0.00000909 K+*Q@R D  
    10      0.01357538 O S-FPL53          O S-BAL11          O S-TIH14             0.00000098
l<g5yYyf  
mLh kI!4[  
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。)
z~*g~RKS!  
    LOG }t9.N`xu  
    STO 9 ^3VR-u<O  
r]@0eb   
    CHG ]rehW}  
    1 GTB O 'S-FPL55' ;-P)m  
    3 GTB S 'N-SSK8' rxn Frx  
    5 GTB S 'SF1' kIHDeo%K}  
    END M`YWn ;  
6W[}$#w  
    PANT /X"/ha!=&D  
    VLIST RAD 1 2 3 4 5 gTl<wo +  
    VLIST TH ALL -l~Z0U>^  
    !VLIST GLM ALL :W#rhuzC  
    END uvDzKMw~R  
{S/yL[S.  
    AANT S$)*&46g  
    AEC Hy.AyU|L  
    ACC d) f@ 5/<  
    ADT 6 1 1 f() FY<b  
    ACM .5 1 .1 }%b;vzkG5  
    LUL 4 1 1 A TOTL o[oM8o<  
L`f^y;Y.  
    AEC [B@'kwD\l  
    ACC }En  
    GSR .5 10 5 M 0 De7T s  
    GNR .5 5 3 M .7 n0Y+b[ +wj  
    GNR .5 4 3 M 1 E)Gw0]G  
    GSO 0 0.003916 5 M 0 j',W 64  
    GNO 0 0.003 3 M .7 1b=lpw 1}  
    GNO 0 0.002 3 M 1 3LDS Z1f  
]Chj T}  
    END :w}{$v}#D;  
hfpJ+[  
    SNAP JB!:JML  
    SYNOPSYS 50
x{D yTtX<  
B9p?8.[  
在运行了这个程序和模拟退火之后,我们得到了一个透镜,在从第一个波长和中间波长,在全场上都被校正的很好,尽管第10个波长(0.4um)并没有像其他波长那样被矫正的那么好。
b0 iSn#$  
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:
u\&b4=nL  
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?
~ wg:!VWA)  
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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