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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

c#YW>(  
C3>`e3v  
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。 CFyu9Al  
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。)

w_lN[u-L  
    RLE }{( J *T  
    ID WIDE SPECTRAL RANGE EXAMPLE A4`3yy{0-  
    OBB 0 .25 3 oQ"J>`',  
    UNITS INCH r}Ec_0_lt  
    1 GLM 1.6 50 O[O[E}8#  
    3 GLM 1.6 50 =!{ E!3>*D  
    5    GLM 1.6 50 qGrUS_~q*  
    6    UMC -0.0625 YMT na,i(m?l  
    7 z6>Rv9f  
    1    TH .6 [+4/M3J%  
    2    TH .1 rI.CCPY~s  
    3    TH .6 C|hD^m  
    4    TH .1 BA(PWX`H  
    5    TH .6 Gbrc!3K2  
    END
. \:{6_  
g\ q*,1  
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。
nOj0"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
FvVR \a  
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:
n 0rAOkW  
    LOG /_.1f|{B  
    STO 9 1b4/  
X8Y)5,`s  
    PANT wi$,Y. :  
    VLIST RAD 1 2 3 4 5 |h(05Kbk  
    VLIST TH ALL AIR .qAlPe L:  
    VLIST GLM ALL .&2Nm&y$ K  
    END z3l(4WP  
c|KN@)A  
    AANT >3&Oe  
)E>nr Z  
    END MR`lF-|a|  
`<x((@#  
    SNAP ilr'<5 rq  
    SYNOPSYS 50
sm9/sX!  
gof'NT\c  
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:
3]cW08"c  
    … P'Diie  
    AANT n1J;)VyR  
    AEC TQ&1!~L*  
    ACC L-z9n@=8\  
    LUL 4 1 1 A TOTL h5^qo ^;g7  
    GSR .5 10 5 M 0 yh:Wg$qx  
    GNR .5 2 3 M .7 Cyu= c1D;  
    GNR .5 1 3 M 1 lNs;-`I~  
%]1.)j  
    END jWjp0ii  
    …
c[<>e#s+;  
iPeW;=-2Wk  
在这里,要校正所有10种波长。是时候进行优化了。 运行MACro并模拟退火。 镜头变得更好,但仍然不太理想:
5R}K8"d  
该透镜具有曲率求解,并且在每个波长下程序将重新计算它。 (我们当然不希望这种情况发生!)因此,我们制作了第二个MACro,如下所示:
lGZf_X)gA^  
    STORE 9 &$L6*+`h#  
    STEPS = 50 /*kc|V  
    CHG |zCT~#  
    NOP DqN<bu2  
    END 0Q4i<4 XW  
    PLOT DELF FOR WAVL = .365 TO 0.9 GET -~=?g9fGm6  
    9
J_`a}ox  
 TnXx;v  
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:
vp|'Yy(9z  
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。 EV.F/W h  
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。 3]wV 1<K  
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。 >_'0 s  
我们将简要概述手工操作的程序,以便您知道如何操作。 rJKac"{  
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。
"OWW -m  
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。
\S]` { kY,  
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。 VqL#w<A %  
另一个步骤是让程序为您选择玻璃组合。在CW中输入
`)WC|=w2  
    FST 6QM$aLLP?  
    PREF P1qQ)-J  
    CAT O ,`,1s 9\&t  
    CAT S PP&9ORG  
    GO
K=N8O8R$y  
cJLAP%.L  
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:
)j\9IdkU;y  
    SYNOPSYS AI>FST nI7v:h4  
G(;R+%pu  
    FST>PREF B]#^&89wG)  
7#+>1 "\  
    FST>CAT O k3CHv=U{  
    FST>CAT S iBh.&K{j  
{!>'# F^e  
    FST>GO 9 .18E(-  
*4OB 88$  
    SUPERACHROMAT GLASS SEARCH RESULTS (LOWER SCORES ARE BETTER) \__xTL\  
A{%LL r:  
            SCORE       UPPER              MIDDLE             LOWER                   OFFSET P{+,?X\  
    1        0.02120605 O S-FPL53          O S-LAL13          O S-TIM28             0.00000424 BT^HlW<  
    2        0.01881642 O S-FPL55          O S-TIL27          O S-TIH23             0.00000071 q#PMQR"C  
    3        0.01810522 O S-FPL53          O S-BAL42          O S-NBH53             0.00000154 1YScZ  
    4        0.02008505 O S-FPL53          O S-LAL8           O S-NPH1W             0.00000923 Z9q1z~qSQ  
    5        0.02147608 O S-FPL55          S N-SSK8           S SF1                 0.00000460 XIBm8IkF  
    6        0.02082027 O S-FPL55          S N-KF9            S SF10                0.00000567 sv)4e)1  
    7        0.02008505 O S-FPL53          O S-LAL8           O S-NPH1              0.00000923 wK!7mZ  
    8        0.02026308 S N-FK58           S N-SSK8           S SF4                 0.00000296 b ,e"x48q  
    9        0.02139100 O S-FPL53          S N-SK4            S SF56A               0.00000909 hV}C.- 6h  
    10      0.01357538 O S-FPL53          O S-BAL11          O S-TIH14             0.00000098
&fe67#0r)  
9Ecc~'f  
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。)
uNf97*~_  
    LOG !:c_i,N  
    STO 9 h{ T{3  
js;k,`  
    CHG +:3s f%0  
    1 GTB O 'S-FPL55' )(+q~KA}  
    3 GTB S 'N-SSK8' Ij2T h]  
    5 GTB S 'SF1' 3$4I  
    END I<qG{PA  
i hcSSUm  
    PANT !>\g[C  
    VLIST RAD 1 2 3 4 5 %$'Z"njO&  
    VLIST TH ALL 4ufT-&m};s  
    !VLIST GLM ALL Yy0U2N [i  
    END ^G14Z5.  
sspGB>h8l  
    AANT MDCwgNPiQW  
    AEC Ys]cJ]  
    ACC /^$n&gI  
    ADT 6 1 1 xg;vQKS6  
    ACM .5 1 .1 J\hqK*/8  
    LUL 4 1 1 A TOTL YBL.R;^v  
Q})&c.L  
    AEC .UYhj8  
    ACC e)$a;6  
    GSR .5 10 5 M 0 "u)Le6.  
    GNR .5 5 3 M .7 VV"w{#XKw  
    GNR .5 4 3 M 1 f h:wmc'  
    GSO 0 0.003916 5 M 0 -`D<OSt7  
    GNO 0 0.003 3 M .7 9B/iQCFtj$  
    GNO 0 0.002 3 M 1 nd"$gi  
"~q~)T1Z  
    END `SQobH  
Fg0!2MKq*  
    SNAP wW7#M  
    SYNOPSYS 50
$!^C|,CS  
r-No\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。
(5 e4>p&+  
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:
kAs=5_?I  
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?
8On MtP  
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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