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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

REc90v2"  
! j6CvclT  
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"L:Mu  
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。)

cgcU2N6y;  
    RLE |I]G=.*E  
    ID WIDE SPECTRAL RANGE EXAMPLE !K.)Qr9V  
    OBB 0 .25 3 v*y,PY1*  
    UNITS INCH % T$!I(L&  
    1 GLM 1.6 50 /.mx\_$   
    3 GLM 1.6 50 c#9=o;1El  
    5    GLM 1.6 50 FKtCUq,:  
    6    UMC -0.0625 YMT NHdNCHhA>-  
    7 /xg1i1Et  
    1    TH .6 c ]ll89`||  
    2    TH .1 zcV~)go6  
    3    TH .6 $*fEgU% c  
    4    TH .1 6[Mu3.T  
    5    TH .6 u~t%GIg  
    END
m 2%  
tTq2 AR|  
我们还没有指定波长,所以我们得到了默认的CdF光线。 我们需要改变这一点。 打开Spectrum Wizard(MSW),然后更改指示的点。
]<iD'=a  
单击“获取光谱”按钮后,单击“应用于镜头”按钮。 镜头现在有更广泛的光谱。 这是我们的起始镜头,在SketchPad显示屏中
I Yr4  
结果很差,需要优化。 让我们优化它,改变玻璃模型。 制作一个MACro:
lA,[&  
    LOG 2j^8{Agz  
    STO 9 :2t?0YR  
%B>>J%  
    PANT 1N.weey}W  
    VLIST RAD 1 2 3 4 5 rgv$MnG  
    VLIST TH ALL AIR RLh%Y>w  
    VLIST GLM ALL '8^>Z.~V  
    END & @ $D(  
> W^"*B  
    AANT p1s& y0:d  
;|vn;s/  
    END =, U~  
}1Hy[4B(k\  
    SNAP r+k~%5Ff~  
    SYNOPSYS 50
|3EKK:RE  
T ^`R  
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:
b9 l%5a  
    … x*_'uPo S  
    AANT p?<T _9e  
    AEC ynq^ztBVe  
    ACC > 8!9  
    LUL 4 1 1 A TOTL Qv;^nj{\qV  
    GSR .5 10 5 M 0 y $>U[^G[  
    GNR .5 2 3 M .7 OLJ|gunA#  
    GNR .5 1 3 M 1 %\ !3tN  
=W'{xG}  
    END V(!-xu1,  
    …
^,fMs:  
 4V 5  
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:
$2v{4WP7G  
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:
*edhJUT  
    STORE 9 uWrvkLGN  
    STEPS = 50 O&PrO+&  
    CHG &(X-b"2  
    NOP y}> bJ:  
    END lDtl6r/  
    PLOT DELF FOR WAVL = .365 TO 0.9 GET '_M"yg6d  
    9
1NU@k6UHl  
}C{wGK+o[  
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:
yex0rnQ|  
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。 [G}l;  
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(az80 p  
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。 -* piC(  
我们将简要概述手工操作的程序,以便您知道如何操作。 OO?BN!  
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。
}Lb[`H,}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。
2u^/yl  
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。 0bI} s`sr  
另一个步骤是让程序为您选择玻璃组合。在CW中输入
b~EA&dc  
    FST 4wx _@8  
    PREF d7!,  
    CAT O \oV g(J&o  
    CAT S A}(Q^|6  
    GO
%D<>F&h  
r| 0wIpi6Q  
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:
(Q][d+} /  
    SYNOPSYS AI>FST \m3ca-Y  
{-e|x&-  
    FST>PREF !:<n]-U  
\~@a/J  
    FST>CAT O &-M}:'  
    FST>CAT S <(dg^;  
QMWDII&t  
    FST>GO f-l(H="e  
i.6+ CA  
    SUPERACHROMAT GLASS SEARCH RESULTS (LOWER SCORES ARE BETTER)  Y.v. EZ  
9/I|oh_ G  
            SCORE       UPPER              MIDDLE             LOWER                   OFFSET zQyt1&!  
    1        0.02120605 O S-FPL53          O S-LAL13          O S-TIM28             0.00000424 5"I8ric  
    2        0.01881642 O S-FPL55          O S-TIL27          O S-TIH23             0.00000071 uO}UvMW  
    3        0.01810522 O S-FPL53          O S-BAL42          O S-NBH53             0.00000154 ! 6: X]  
    4        0.02008505 O S-FPL53          O S-LAL8           O S-NPH1W             0.00000923 4ai|*8.  
    5        0.02147608 O S-FPL55          S N-SSK8           S SF1                 0.00000460 B|6_4ry0U  
    6        0.02082027 O S-FPL55          S N-KF9            S SF10                0.00000567 $"6O92G(hJ  
    7        0.02008505 O S-FPL53          O S-LAL8           O S-NPH1              0.00000923 2<8JY4]!]  
    8        0.02026308 S N-FK58           S N-SSK8           S SF4                 0.00000296 N3QDPQ  
    9        0.02139100 O S-FPL53          S N-SK4            S SF56A               0.00000909 >]S-a-|Bp  
    10      0.01357538 O S-FPL53          O S-BAL11          O S-TIH14             0.00000098
zDx*R3%  
:7jDgqn^|i  
这种方法优于手工操作,因为它可以将不同厂家的玻璃结合在一起。例如,组合5是由一个Ohara玻璃和两个来Schott的玻璃。让我们试试这个组合。我们编辑优化MACro,如下所示。(这里,我们使用了现成的评价函数8,它校正了横向色差和OPD畸变的组合,然后调整了权重。)
{S5H H"  
    LOG =^S1+B MY-  
    STO 9 @Xj6h!"R  
!1cVg ls|  
    CHG jK9#. 0  
    1 GTB O 'S-FPL55' Y>2kOE  
    3 GTB S 'N-SSK8' 4-veO3&.h  
    5 GTB S 'SF1' MY" 8!  
    END QO(P_az3mg  
}D\i1/Y  
    PANT /#xx,?~xx0  
    VLIST RAD 1 2 3 4 5 pLea 4  
    VLIST TH ALL 'n4$dv% q  
    !VLIST GLM ALL brt1Kvu8(  
    END 2qxede  
$`Hb -  
    AANT m6^n8%  
    AEC .sR=Mf7T  
    ACC ;ro%Wjg`}  
    ADT 6 1 1 A~MIFr/8  
    ACM .5 1 .1 X6<%SJC  
    LUL 4 1 1 A TOTL XpU%09K  
)7}f .  
    AEC 1^_V8dm)  
    ACC =9y&j-F  
    GSR .5 10 5 M 0 o/5loV3h  
    GNR .5 5 3 M .7 yEB1gYJB  
    GNR .5 4 3 M 1 KR sY `[Y  
    GSO 0 0.003916 5 M 0 P{gy/'PH,  
    GNO 0 0.003 3 M .7 IFfB3{J  
    GNO 0 0.002 3 M 1 8JbN&C  
:#&Y  
    END 0$A7"^]  
A4`3yy{0-  
    SNAP oQ"J>`',  
    SYNOPSYS 50
r}Ec_0_lt  
O[O[E}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。
=!{ E!3>*D  
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:
qGrUS_~q*  
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?
5`H.{4@  
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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