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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

$cR{o#  
:LTN!jj  
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。 GL JMP^p  
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。)

9cgU T@a  
    RLE 2%> FR4a  
    ID WIDE SPECTRAL RANGE EXAMPLE -+5>|N#  
    OBB 0 .25 3 xpI wrJO  
    UNITS INCH : jx4{V  
    1 GLM 1.6 50 KgG4*<  
    3 GLM 1.6 50 zVD:#d% b  
    5    GLM 1.6 50 nie%eC&U  
    6    UMC -0.0625 YMT ]d`VT)~vje  
    7 bfO=;S]b!  
    1    TH .6 |'.  
    2    TH .1 sr}E+qf  
    3    TH .6 P_dJZ((X  
    4    TH .1 L(o15  
    5    TH .6  9a kH  
    END
U3kyraj  
8] ikygt"  
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。
5?L<N:;J_  
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
or]IZ2^n  
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:
Ha#>G<;n  
    LOG 1sCR4L:+  
    STO 9 Ve=b16H  
Df#l8YK#  
    PANT *' X3z@R  
    VLIST RAD 1 2 3 4 5 PVOv[%  
    VLIST TH ALL AIR vFsLY  
    VLIST GLM ALL N<-Gk6`C/  
    END fAmz4  
#[a*rD%m  
    AANT kW (Bkuc)  
EzIGz[  
    END yEoV[K8k  
2"5v[,$1H  
    SNAP :ivf/x n  
    SYNOPSYS 50
tl].r|yl  
d| {r5[&  
现在将鼠标放在AANT命令后的空行上,然后单击按钮。 默认选择Merit功能编号6,因此只需单击Back to MACro编辑器按钮即可。 这给了我们一个简单的评价函数:
]_f<kW\1*  
    … H.2QKws^F  
    AANT 0RK!/:'  
    AEC Z)\@i=m  
    ACC eY\y E"3  
    LUL 4 1 1 A TOTL p$>l7?h  
    GSR .5 10 5 M 0 ]7mt[2 Cd  
    GNR .5 2 3 M .7 QIgNsz  
    GNR .5 1 3 M 1 ^H' \"9;7  
h} EPnC}  
    END Lk$B{2^n  
    …
+{U cspqM  
ZW}_Q s  
在这里,要校正所有10种波长。是时候进行优化了。 运行MACro并模拟退火。 镜头变得更好,但仍然不太理想:
&M '*6A  
该透镜具有曲率求解,并且在每个波长下程序将重新计算它。 (我们当然不希望这种情况发生!)因此,我们制作了第二个MACro,如下所示:
2Gdd*=4z  
    STORE 9 c=+!>Z&i$G  
    STEPS = 50 ^VACf|0  
    CHG Tqk\XILG N  
    NOP m9A!D  
    END ``Un&-Ms  
    PLOT DELF FOR WAVL = .365 TO 0.9 GET LD g?'y;2  
    9
(khL-F  
[sb[Z:  
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:
d:{O\   
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。 eN~=*Mn(za  
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。 O#u=c1 ?:  
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。 ^BL"wk  
我们将简要概述手工操作的程序,以便您知道如何操作。 +KEWP\r  
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。
e,5C8Q`Z  
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。
U3:j'Su4H?  
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。 #!m.!? O  
另一个步骤是让程序为您选择玻璃组合。在CW中输入
w'3iY,_ufC  
    FST Z`BK/:vo3H  
    PREF wuqJr:q*#  
    CAT O p[lA\@l[  
    CAT S rc>6.sM %  
    GO
 JSg$wi8  
i2^>vYCsl  
FST的意思是找到超消色差三片镜。该输入将检查Ohara和Schott编目中所有玻璃类型的组合,并对最适合超消色差的10种进行评级。该程序发现以下内容:
0P(!j_2m  
    SYNOPSYS AI>FST &yol_%C  
v6Vcjm  
    FST>PREF -B\HI*u  
Jdp3nzM^^@  
    FST>CAT O w8D"CwS1Rx  
    FST>CAT S f f1c/c/  
1&o|TT/  
    FST>GO zZC9\V}R  
.K<Q&  
    SUPERACHROMAT GLASS SEARCH RESULTS (LOWER SCORES ARE BETTER) d&s9t;@=  
c\V7i#u[d;  
            SCORE       UPPER              MIDDLE             LOWER                   OFFSET gOOPe5+ J  
    1        0.02120605 O S-FPL53          O S-LAL13          O S-TIM28             0.00000424 E`k@{*Hn&  
    2        0.01881642 O S-FPL55          O S-TIL27          O S-TIH23             0.00000071 u4|$bbig  
    3        0.01810522 O S-FPL53          O S-BAL42          O S-NBH53             0.00000154 <kd1Nrr!p  
    4        0.02008505 O S-FPL53          O S-LAL8           O S-NPH1W             0.00000923 BFJnV.0M!  
    5        0.02147608 O S-FPL55          S N-SSK8           S SF1                 0.00000460 SN!?}<|U  
    6        0.02082027 O S-FPL55          S N-KF9            S SF10                0.00000567 5-xX8-ElYz  
    7        0.02008505 O S-FPL53          O S-LAL8           O S-NPH1              0.00000923 [=^3n#WW  
    8        0.02026308 S N-FK58           S N-SSK8           S SF4                 0.00000296 /_#q@r4ZQ  
    9        0.02139100 O S-FPL53          S N-SK4            S SF56A               0.00000909 XNu^`Ha  
    10      0.01357538 O S-FPL53          O S-BAL11          O S-TIH14             0.00000098
QW~1%`  
Nm>A'bLM  
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。)
}<y7bqA  
    LOG J{&H+rd  
    STO 9 d6sye^P  
ZEO,]$Yi7  
    CHG ; p{[1  
    1 GTB O 'S-FPL55' M|(Q0 _8  
    3 GTB S 'N-SSK8' S +^E.  
    5 GTB S 'SF1' Zdo'{ $  
    END Yr=Y@~ XL  
qH6>!=00  
    PANT  H =^`!  
    VLIST RAD 1 2 3 4 5 "4,?uPi  
    VLIST TH ALL }t1a* z  
    !VLIST GLM ALL Y<ql49-X  
    END g]yBA7/S"  
^J8lBLqe  
    AANT 4u47D$=  
    AEC TSWM |#u':  
    ACC GU8sO@S5#  
    ADT 6 1 1 B=A [ymm  
    ACM .5 1 .1 P0PWJ^+,+  
    LUL 4 1 1 A TOTL P&e\)Z|  
TLe~y1dwY=  
    AEC 9lH?-~9  
    ACC e?ly H  
    GSR .5 10 5 M 0 ?r2` Q  
    GNR .5 5 3 M .7 *6F[t.Or  
    GNR .5 4 3 M 1 s)Cjc.Qs  
    GSO 0 0.003916 5 M 0 TNh1hhJ$b  
    GNO 0 0.003 3 M .7 W+X6@/BO  
    GNO 0 0.002 3 M 1 9dUravC7  
:#?5X|Gz  
    END ?+a,m# Yx  
W= qVc  
    SNAP I \JGs@I   
    SYNOPSYS 50
=k0_eX0  
M |`U"vO  
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。
MsGM5(r:b  
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:
o,8TDg  
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?
H_X [t*2  
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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