SYNOPSYS 光学设计软件课程十:近红外透镜案例
Vcq?>mH&T 我们将设计一个用于波长1.06到1.97微米范围内的近红外透镜。 v`BG1&/| 设计红外透镜时的挑战是,寻找有用的光学材料且成本适宜。 本课程的任务是重新设计现有透镜,用普通光学玻璃替换一些不需要的材料。 参考案例 1.RLE,ID为MIT 1 TO 2UM LENS。 您可以检查该透镜并检查其性能。 将光扇图的比例设置为0.01 mm。 tJPRR_nZv 该透镜有三个材料为ZNS的镜片和一个材料为AS2S3的镜片,共有四个镜片。我们希望尽可能避免使用这些材料。 我们需要匹配的一阶属性如下(尺寸以mm为单位): h.;CL#s • Entering beam radius 17.5 N{t:%[ • Chief-ray angle 0.935 degrees @t8kN6. • Back focus distance 16.3 fNPj8\#V, • Cell length 50 1>VS/H` 让我们从头开始,而不是尝试改变当前透镜中的材料,所有这些材料的折射率都大于2.0。 为此,我们将使用设计搜索程序。 但首先我们必须做出判断:如果我们只是运行DSEARCH并让它找到模型玻璃,它就不会得到任何在NIR上产生重大影响的玻璃。 (该模型代表了所有玻璃的平均值。)所以我们必须引导它。 'kvFU_) 打开玻璃库显示(MGT),选择Guangming列表,然后单击图表按钮并选择显示的选项。 >}{-! 数据现在不在屏幕上,因此单击显示并使用鼠标滚轮缩小,直到看到一组红点。 然后用鼠标右键平移放大。单击“Full Name”按钮。 你应该看到下面的显示。 A'1AU:d 记下圈出的四个玻璃名称:D-FK61,G-ZF52,H-ZH88和H-F51。 那些肯定与其它的玻璃不同。 我们将指示DSEARCH仅使用其中两个,然后使用全部四个进行全面的玻璃搜索。 v|(b,J3 这是我们的SEARCH输入: _vV&4> CORE 16 PROJ QCfpDE} DSEARCH 3 QUIET ! the best lens will show up in library location 3 (and also in PAD) SYSTEM ! system requirements follow ~vV)| ID NIR EXAMPLE ! lens identification OBB 0 .935 17.5 ! specify the object _D9@<+MS* WAVL 1.97 1.53 1.06 ! and the wavelength range UNITS MM ,nR8l END ;Ph )BY< YB~t|m65 GOALS ! here we set the goals dm=F:\C ELEMENTS 5 ! since glass has a lower index, we’ll ask for 5. FNUM 1.428 @:9fS BACK 16 .1 kO_XyC4( TOTL 50 .1 H#6^-6;/ STOP FIRST ! there seems to be no reason to let the stop position vary STOP FIX ! so we put it in front and keep it there psX%.95Y NPASS 100 P`dHR;Y0 ANNEAL 200 20 4F,Ql"ae( RSTART 300 ! a useful starting radius, 1bZiPG{ TSTART 1 ! and this thickness on each element to start with QUICK 60 90 36x:(-GFq FOV 0 .5 1 7E3SvC|M FWT 2 1 1 BDkBYhz;7 GLASS POS ! positive elements will use this glass type G D-FK61 +c8AbEewg GLASS NEG ! and negative this type. G H-ZF88 Z/kaRnG[@t END C!{AnWf ]p&< nK, SPECIAL ! here we give requirements that are not defaults YB
B$uGA ACM 3 .1 1 ! auto edge control (AEC) and center thickness control (ACC) are defaults ACA ! but we add to these ACM, so thicknesses do not get too thin, ACA, 8J3@VD. ASC ! so rays do not approach the critical angle, and ASC so surfaces do not END ! get too close to the hemisphere point. V<2fPDZ ~]W[ {3 ; GO ! this starts the process. PROJ JkDPuTXD RC{Z)M{~ 在不到一分钟的时间内,该过程生成了它找到的10种最佳初始结构的图片。 ^]qV8 我们现在有一个非常好的5片式透镜,但它只有我们指定的两种玻璃材料。 现在是时候进行更全面的搜索了。 W0MnGzZ 查看MACEARCH DSEARCH_OPT .MAC,DSEARCH为我们构建了它,在新的编辑器窗口中打开。 M"5!s, PANT iSr`fQw# VLIST RD ALL VLIST TH ALL END L>Oy7w)Y AANT AEC A!W"*WT ACC P 3$N %iE6 GSR 0.000000 2.000000 4 M 0.000000 c Z6p^ GNR 0.000000 1.000000 4 M 0.500000 5Z6-R}uXk GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 uOl(-Zq@ M 0.160000E+02 0.100000E+00 A BACK { w8
!K M 0.500000E+02 0.100000E+00 A TOTL 4Wla&yy ACM 3 .1 1 ! AUTO EDGE CONTROL (AEC) AND CENTER THICKNESS CONTROL (ACC) ARE DEFAULTS ACA ! BUT WE ADD TO THESE ACM, SO THICKNESSES DO NOT GET TOO THIN, ACA, gJPDNZ*6pk ASC ! SO RAYS DO NOT APPROACH THE CRITICAL ANGLE, AND ASC SO SURFACES DO NOT END 5+bFy.UW SNAP/DAMP 1 Q6.*"` SYNOPSYS 100 |Sr\jUIWn 2rO)qjiH 保存此MACro,保存名称为NIR_OPT.MAC。 这是我们执行GSEARCH时将反复运行的优化MACro,它将决定哪些玻璃应该放在哪些元件上。 #K#Mv/ 现在创建一个新的MACro(输入AEE以打开一个新编辑器,并在下面输入数据) ] `B,L*m6 CORE 16 3aO;@GNJ GSEARCH 3 QUIET LOG SURF &*aer5?` 1 3 5 7 9 dF{6>8D=5B END 4aN+}TkH@G eMN+qkvH OFILE 'NIR_OPT.MAC' NAMES 9eGCBVW:* G G-ZF52 G D-FK61 G H-ZF88 G H-F51 /1 US, 4\1wyN /}M END USE 2 GO WbQhlsc: &$m=^ 透镜进一步改善。 到目前为止,透镜只有超过0.2波长的像差 jy!f{dsC 看起来我们得到一个解决方案! 几乎没有初级或二级色差。 我们成功地用普通玻璃替换了不需要的材料,同时性能也比原来好得多。 x[PEn 任务完成! 这是最终透镜的SPEC列表: t}]9VD9
SYNOPSYS>SPE 8B *E+f0 ,Um 5S6 Z ID NIR EXAMPLE T/wM(pr'
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000010110 22 (|<h^]
y3 LENS SPECIFICATIONS: tg7C;rJ h-r6PY=i SYSTEM SPECIFICATIONS gb=80s0 |"CJ OBJECT DISTANCE (TH0) INFINITE FOCAL LENGTH (FOCL) 49.9800 O1?B{F/ e OBJECT HEIGHT (YPP0) INFINITE PARAXIAL FOCAL POINT 15.9992 PyC;f8n'(
MARG RAY HEIGHT (YMP1) 17.5000 IMAGE DISTANCE (BACK) 15.9992 "u(S2'DW'( MARG RAY ANGLE (UMP0) 0.0000 CELL LENGTH (TOTL) 50.0025 M8^.19q; CHIEF RAY HEIGHT (YPP1) 0.0000 F/NUMBER (FNUM) 1.4280 *|];f#^9 CHIEF RAY ANGLE (UPP0) 0.9350 GAUSSIAN IMAGE HT(GIHT) 0.8157 U_x0KIm ENTR PUPIL SEMI-APERTURE 17.5000 EXIT PUPIL SEMI-APERTURE 24.7688 k40Ep(M} ENTR PUPIL LOCATION 0.0000 EXIT PUPIL LOCATION -54.7406 tLS<0 e=gboR WAVL (uM) 1.970000 1.530000 1.060000 <#xrrRhm} WEIGHTS 1.000000 1.000000 1.000000 c8#T:HM|` COLOR ORDER 2 1 3 FNz84qVIx' UNITS MM bbd0ocva APERTURE STOP SURFACE (APS) 1 SEMI-APERTURE 17.53054 >"cr-LB FOCAL MODE ON A$7Eo`Of MAGNIFICATION -4.99800E-11 POLARIZATION AND COATINGS ARE IGNORED. SURFACE DATA V.;:u#{@-Q M[h1>}$Lz SURF RADIUS THICKNESS MEDIUM INDEX V-NUMBER DUZQO{V 2;~KL-h0TK 0 INFINITE INFINITE AIR f\h%; X 1 83.04964 4.55863 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN 4@DVc7\x$ 2 -90.13577 1.76097 AIR
*-9# /Cp 3 -61.20988 2.89016 H-ZF88 1.87811 26.89 GUANGMIN 'rS'B.D 4 -136.80545 1.00000 AIR =LXvlt'Q34 5 26.01458 5.71573 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN L3B8IDq 6 83.59388 25.92496 AIR yDd=&
T
7 24.21580 2.91205 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN X$BXT 8 117.43058 2.36412 AIR \HCOR, `T 9 -24.23661 2.87587 H-F51 1.60755 25.46 GUANGMIN 5{')GTdX> 10 -40.27187S 15.99923S AIR GS}0;x IMG INFINITE \4OK!6LkI >W8bWQ^fK KEY TO SYMBOLS dav vI$TA s,84*6u A SURFACE HAS TILTS AND DECENTERS B TAG ON SURFACE >4Iv[ D1 G SURFACE IS IN GLOBAL COORDINATES L SURFACE IS IN LOCAL COORDINATES Jf_]Z O SPECIAL SURFACE TYPE P ITEM IS SUBJECT TO PICKUP Lb!r(o>8Cb S ITEM IS SUBJECT TO SOLVE M SURFACE HAS MELT INDEX DATA (tJ91SBl T ITEM IS TARGET OF A PICKUP HKpD2M THIS LENS HAS NO SPECIAL SURFACE TYPES THIS LENS HAS NO TILTS OR DECENTERS SYNOPSYS> v-ThdE$G# !\aV0, 如果这些透镜机械方面也是合适,问题就解决了。 2[.5o z` 1.97微米的透射率是多少? 输入FIND TRANS IN COLOR 1.它返回98.18%。 (此处膜层被忽略,因为透镜未处于偏振模式。)结果非常好! 5+`=t07^et 但如果返回值太低怎么办? 我们回到玻璃库并显示1.97微米的吸收 - 并选择具有较短数据条的玻璃。 毕竟,透镜设计完全取决于平衡,这些工具是最好的工具。
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