SYNOPSYS 光学设计软件课程十:近红外透镜案例
Zl\$9Q_ 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。 j /)A<j$ 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。 l+r3|b 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): fo"%4rkL • Entering beam radius 17.5 lzbAx • Chief-ray angle 0.935 degrees H/^t]bg, • Back focus distance 16.3 =M],5<2; • Cell length 50 ]r(&hqdR 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。 K/l*Saj 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。 qa>H@`P 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。 eJy}W / 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。 "nA~/t= 这是我们的SEARCH输入: 3+WmM4| CORE 16 PROJ F@l d#O DSEARCH 3 QUIET ! the best lens will show up in library location 3 (and also in PAD) SYSTEM ! system requirements follow B1k;!@@14 ID NIR EXAMPLE ! lens identification OBB 0 .935 17.5 ! specify the object (`js/7[`H[ WAVL 1.97 1.53 1.06 ! and the wavelength range UNITS MM \Gm\sy END ws([bS2h \"|7o8 GOALS ! here we set the goals 08qM?{zo^ ELEMENTS 5 ! since glass has a lower index, we’ll ask for 5. FNUM 1.428 WzqYBa BACK 16 .1 w{"ro~9o TOTL 50 .1 pmuT7*<19 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 /=[hRn@)A NPASS 100 .L8g(F(=: ANNEAL 200 20 7m.>2U RSTART 300 ! a useful starting radius, L(q~% TSTART 1 ! and this thickness on each element to start with QUICK 60 90 '&!:5R5 9 FOV 0 .5 1 mIW/x/I FWT 2 1 1 aflBDo1c GLASS POS ! positive elements will use this glass type G D-FK61 $2>"2*,04 GLASS NEG ! and negative this type. G H-ZF88 giHWC%/ END *q*$%H 7srq~;j3 SPECIAL ! here we give requirements that are not defaults ly::? 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, D}OhmOu3 ASC ! so rays do not approach the critical angle, and ASC so surfaces do not END ! get too close to the hemisphere point. b#W(&b^q Nz%Yi?AF GO ! this starts the process. PROJ )?<V-,D 7{Zs"d{s 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。 Vs9]Gm 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。 Y(;u)uN_ 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。 I#:Dk?"O2 PANT T_ga?G< VLIST RD ALL VLIST TH ALL END yqKSaPRA AANT AEC "V<WC" ACC P "]}?{2i;
GSR 0.000000 2.000000 4 M 0.000000 f>[{1M]n\ GNR 0.000000 1.000000 4 M 0.500000 ?D+H2[n\a
GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 PM3fJhx M 0.160000E+02 0.100000E+00 A BACK nP+jkNn3 M 0.500000E+02 0.100000E+00 A TOTL }$` PZUw> ACM 3 .1 1 ! AUTO EDGE CONTROL (AEC) AND CENTER THICKNESS CONTROL (ACC) ARE DEFAULTS ACA ! BUT WE ADD TO THESE ACM, SO THICKNESSES DO NOT GET TOO THIN, ACA, fS]Z`U" ASC ! SO RAYS DO NOT APPROACH THE CRITICAL ANGLE, AND ASC SO SURFACES DO NOT END NL-V",gI-~ SNAP/DAMP 1 J]5ZWo% SYNOPSYS 100 m1DrT>oN' 3|(3jIa 保存此MACro,保存名称为NIR_OPT.MAC。 这是我们执行GSEARCH时将反复运行的优化MACro,它将决定哪些玻璃应该放在哪些元件上。 `B/74Wa3q 现在创建一个新的MACro(输入AEE以打开一个新编辑器,并在下面输入数据) 42=/$V CORE 16 v,jB(B^|Z GSEARCH 3 QUIET LOG SURF )W>9{*4m 1 3 5 7 9 F./P,hhN9 END \u*[mrX_B: kZ'wXtBYe OFILE 'NIR_OPT.MAC' NAMES `k-|G2 G G-ZF52 G D-FK61 G H-ZF88 G H-F51 gR${S|Z#u4 q{XeRQ'/ END USE 2 GO dZ x QB#_Wn 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 lmYyaui 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。 ,VZ<r5NT 任务完成! 这是最终透镜的SPEC列表: 5P[urOvV SYNOPSYS>SPE `8kL=%(h -/R?D1kOq ID NIR EXAMPLE )v %tyU ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000010110 22 7 b8pWM LENS SPECIFICATIONS: LJOJ2x ]Cp`qayct SYSTEM SPECIFICATIONS kudXwj GHFYIor OBJECT DISTANCE (TH0) INFINITE FOCAL LENGTH (FOCL) 49.9800 u@T,8 OBJECT HEIGHT (YPP0) INFINITE PARAXIAL FOCAL POINT 15.9992 A\v]ZN4 MARG RAY HEIGHT (YMP1) 17.5000 IMAGE DISTANCE (BACK) 15.9992 IZ@M
K MARG RAY ANGLE (UMP0) 0.0000 CELL LENGTH (TOTL) 50.0025 @@& ?,3 CHIEF RAY HEIGHT (YPP1) 0.0000 F/NUMBER (FNUM) 1.4280 %:8XZf CHIEF RAY ANGLE (UPP0) 0.9350 GAUSSIAN IMAGE HT(GIHT) 0.8157 yJ?=HH? ENTR PUPIL SEMI-APERTURE 17.5000 EXIT PUPIL SEMI-APERTURE 24.7688 |u.3Tp|3W ENTR PUPIL LOCATION 0.0000 EXIT PUPIL LOCATION -54.7406 .[o`TlG% ?>q5Abp[ WAVL (uM) 1.970000 1.530000 1.060000 Wql,*| WEIGHTS 1.000000 1.000000 1.000000 v[~Q COLOR ORDER 2 1 3 ^-,@D+eW UNITS MM gp4@6HuUd APERTURE STOP SURFACE (APS) 1 SEMI-APERTURE 17.53054 o)M<^b3KO FOCAL MODE ON -*;JUSGh MAGNIFICATION -4.99800E-11 POLARIZATION AND COATINGS ARE IGNORED. SURFACE DATA CK8!7=>}^ Z`>m SURF RADIUS THICKNESS MEDIUM INDEX V-NUMBER c3J12+~; ]JlM/ 0 INFINITE INFINITE AIR i!+0''i{# 1 83.04964 4.55863 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN +0M0g_sk 2 -90.13577 1.76097 AIR fz<GPw
3 -61.20988 2.89016 H-ZF88 1.87811 26.89 GUANGMIN i}v3MO\X 4 -136.80545 1.00000 AIR !Aw.)<teW 5 26.01458 5.71573 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN V L;<+C~ 6 83.59388 25.92496 AIR ORhvo,.u 7 24.21580 2.91205 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN I~ e,'] 8 117.43058 2.36412 AIR #NWS)^&1b 9 -24.23661 2.87587 H-F51 1.60755 25.46 GUANGMIN |b+CXEzo 10 -40.27187S 15.99923S AIR ;ibOd~ IMG INFINITE ?L6pB]l8b \I 7,1I KEY TO SYMBOLS ;+rcT;_^/ u_6x{",5I A SURFACE HAS TILTS AND DECENTERS B TAG ON SURFACE `It3X.^} G SURFACE IS IN GLOBAL COORDINATES L SURFACE IS IN LOCAL COORDINATES VJgYXPE
` O SPECIAL SURFACE TYPE P ITEM IS SUBJECT TO PICKUP G.>Ul)O:a S ITEM IS SUBJECT TO SOLVE M SURFACE HAS MELT INDEX DATA 5RR4jX] T ITEM IS TARGET OF A PICKUP {=9"WN THIS LENS HAS NO SPECIAL SURFACE TYPES THIS LENS HAS NO TILTS OR DECENTERS SYNOPSYS> !mK}Rim~ ,YF1*69 如果这些透镜机械方面也是合适,问题就解决了。 9/dADJe0b 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! `W2
o~r*& 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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