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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

(enr{1  
#L!`n )J"  
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。 }5PC53q  
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。)

}OIe!  
    RLE -sv%A7i  
    ID WIDE SPECTRAL RANGE EXAMPLE 3_wR2AU~  
    OBB 0 .25 3 2gK]w$H7!  
    UNITS INCH SN"Y@y)=  
    1 GLM 1.6 50 A\S=>[ar-  
    3 GLM 1.6 50 " l|`LjP5M  
    5    GLM 1.6 50 2<UC^vZ  
    6    UMC -0.0625 YMT )kjQ W&)g  
    7 " TCJT390  
    1    TH .6 / :.I&^>P  
    2    TH .1 38&K"  
    3    TH .6 "\Dqtr w  
    4    TH .1 1:<n(?5JI  
    5    TH .6 pvsY 0a@4  
    END
56YqYu.  
j9c:SP5  
我们还没有指定波长,所以我们得到了默认的CdF光线。 我们需要改变这一点。 打开Spectrum Wizard(MSW),然后更改指示的点。
L:_{bE|TY  
单击“获取光谱”按钮后,单击“应用于镜头”按钮。 镜头现在有更广泛的光谱。 这是我们的起始镜头,在SketchPad显示屏中
l$!ExXEZO;  
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:
=g6~2p=H  
    LOG zK~_e\m  
    STO 9 b&E"r*i|  
eptw)S-j  
    PANT xr.;B`T0\'  
    VLIST RAD 1 2 3 4 5 9E5*%Hu_  
    VLIST TH ALL AIR <z60E vHg  
    VLIST GLM ALL 3BK 8{/  
    END T*B`8P  
VG7#C@>Z  
    AANT =@O&$&  
rg[#(  
    END <J~6Q  
J0bcW25  
    SNAP IX 6 jb"  
    SYNOPSYS 50
?2o+x D2  
\5N \NN @J  
现在将鼠标放在AANT命令后的空行上,然后单击按钮。 默认选择Merit功能编号6,因此只需单击Back to MACro编辑器按钮即可。 这给了我们一个简单的评价函数:
d\Up6F  
    … ,b^jAzow  
    AANT Cs"ivET  
    AEC J s33S)  
    ACC oJ5n*[qUI  
    LUL 4 1 1 A TOTL d$\n@}8eZp  
    GSR .5 10 5 M 0 {7X9P<<L7  
    GNR .5 2 3 M .7 ci? \W6  
    GNR .5 1 3 M 1 u-.5rH l  
pIrL7Pb0  
    END 7^.g\Kt?  
    …
dw}ge,bBic  
R'F\9eyA  
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:
$5ea[n c  
该透镜具有曲率求解,并且在每个波长下程序将重新计算它。 (我们当然不希望这种情况发生!)因此,我们制作了第二个MACro,如下所示:
V?T&>s  
    STORE 9 !RLXB$@`  
    STEPS = 50 ]n1#8T&<*z  
    CHG _o?aO C  
    NOP ulg=,+%r  
    END u9q#L.Ij  
    PLOT DELF FOR WAVL = .365 TO 0.9 GET 9^sz,auB  
    9
:`BG/  
E2o8'.~Yd`  
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:
ZBK)rmhMx  
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。  S{XO3  
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。 Iza#v0  
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。 USgO`l\}4  
我们将简要概述手工操作的程序,以便您知道如何操作。 ZZ}HgPZ  
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。
3# 0Nd"/0  
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。
Sd I>  
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。 R Ee~\n+P^  
另一个步骤是让程序为您选择玻璃组合。在CW中输入
Y^#>3T  
    FST BUL<FTg  
    PREF o<s~455m/  
    CAT O 9O&MsTmg$  
    CAT S ^8ilUu  
    GO
\,nhGh  
9QF,ynE  
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:
W^,p2  
    SYNOPSYS AI>FST h|z59h&X8G  
P|fh4b4  
    FST>PREF ?6\A$?  
N#Nc{WU 'B  
    FST>CAT O  GVu-<R  
    FST>CAT S R6GlQ G  
<pT1p4T<  
    FST>GO W-1Ub |8C  
T-oUcuQB  
    SUPERACHROMAT GLASS SEARCH RESULTS (LOWER SCORES ARE BETTER) >6(e6/C-9  
?ZKIs9E[m  
            SCORE       UPPER              MIDDLE             LOWER                   OFFSET KAT^vbR  
    1        0.02120605 O S-FPL53          O S-LAL13          O S-TIM28             0.00000424 2mthUq9b*  
    2        0.01881642 O S-FPL55          O S-TIL27          O S-TIH23             0.00000071 7W/55ZTmJ  
    3        0.01810522 O S-FPL53          O S-BAL42          O S-NBH53             0.00000154 7bM H  
    4        0.02008505 O S-FPL53          O S-LAL8           O S-NPH1W             0.00000923 u]3VK  
    5        0.02147608 O S-FPL55          S N-SSK8           S SF1                 0.00000460 )Y1+F,C  
    6        0.02082027 O S-FPL55          S N-KF9            S SF10                0.00000567 M~saYJio  
    7        0.02008505 O S-FPL53          O S-LAL8           O S-NPH1              0.00000923 sPX~>8}|VP  
    8        0.02026308 S N-FK58           S N-SSK8           S SF4                 0.00000296 kQ6YQsJ.*  
    9        0.02139100 O S-FPL53          S N-SK4            S SF56A               0.00000909 t<p4H^  
    10      0.01357538 O S-FPL53          O S-BAL11          O S-TIH14             0.00000098
tD,~i"0;  
unN*L  
这种方法优于手工操作,因为它可以将不同厂家的玻璃结合在一起。例如,组合5是由一个Ohara玻璃和两个来Schott的玻璃。让我们试试这个组合。我们编辑优化MACro,如下所示。(这里,我们使用了现成的评价函数8,它校正了横向色差和OPD畸变的组合,然后调整了权重。)
]MMXpj,9h  
    LOG !1+!;R@&H>  
    STO 9 :WSszak  
i@YM{FycX  
    CHG }"^d<dvuz  
    1 GTB O 'S-FPL55' mL s>RR#b  
    3 GTB S 'N-SSK8' 1[?xf4EMG  
    5 GTB S 'SF1' "? 5@j/ e`  
    END }Mc&yjhMrg  
te3\MSv;O  
    PANT GtqA@&5&  
    VLIST RAD 1 2 3 4 5 0o?2Sf`L\*  
    VLIST TH ALL rY=dNK]d  
    !VLIST GLM ALL c=:A/z{  
    END i"M$hXO  
/T<,vR  
    AANT 2s`~<EF N  
    AEC wcDb| H&  
    ACC w}(Ht_6q{  
    ADT 6 1 1 G"p rq&  
    ACM .5 1 .1 Oufdi3h  
    LUL 4 1 1 A TOTL 7/c9azmC  
>D$NEO^  
    AEC |0N1]Hf   
    ACC lz0'E'%{P  
    GSR .5 10 5 M 0 rgrsNr:1  
    GNR .5 5 3 M .7 lH oV>k  
    GNR .5 4 3 M 1 J*f..:m  
    GSO 0 0.003916 5 M 0 &G!2T!xx  
    GNO 0 0.003 3 M .7 F!6;< !&h  
    GNO 0 0.002 3 M 1 bdyE9t   
(qy82F-|2  
    END _s NJU  
zJtB?<  
    SNAP - z"D_5  
    SYNOPSYS 50
sJcwN.s  
(L8z<id<z  
在运行了这个程序和模拟退火之后,我们得到了一个透镜,在从第一个波长和中间波长,在全场上都被校正的很好,尽管第10个波长(0.4um)并没有像其他波长那样被矫正的那么好。
F,$ypGr  
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:
0VlB7oF  
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?
ew6\Z$1c~  
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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