SYNOPSYS 光学设计软件课程十:近红外透镜案例
55O}S Us!P 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。 q<E7qY+ 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。 IMD^(k 2 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): gaXo)o S • Entering beam radius 17.5 \>:t={>; • Chief-ray angle 0.935 degrees @M\JzV4 A[ • Back focus distance 16.3 a^&"gGg • Cell length 50 ?/&X_O 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。 R WY>`.su 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。 rwDLBpk 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。 wBpt
W2jA 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。 G%~V b 这是我们的SEARCH输入: H,KH}25 CORE 16 PROJ O;VqrO DSEARCH 3 QUIET ! the best lens will show up in library location 3 (and also in PAD) SYSTEM ! system requirements follow ByjfPb# ID NIR EXAMPLE ! lens identification OBB 0 .935 17.5 ! specify the object @].s^ss9_ WAVL 1.97 1.53 1.06 ! and the wavelength range UNITS MM E4Q`)6]0 END 65 zwi- <T7@,_T GOALS ! here we set the goals
auN8M. ELEMENTS 5 ! since glass has a lower index, we’ll ask for 5. FNUM 1.428 -aJ(-Np$f BACK 16 .1 )b nGZ8h99 TOTL 50 .1 ^kNVQJiZyG STOP FIRST ! there seems to be no reason to let the stop position vary STOP FIX ! so we put it in front and keep it there kVtP~ NPASS 100 ;,U@zB;\%( ANNEAL 200 20 pu MVvo RSTART 300 ! a useful starting radius, 3\ajnd| TSTART 1 ! and this thickness on each element to start with QUICK 60 90 <tTNtBb FOV 0 .5 1 Aa1#Ew<r FWT 2 1 1 _\4r~=`HQ GLASS POS ! positive elements will use this glass type G D-FK61 T|\sN*}\8J GLASS NEG ! and negative this type. G H-ZF88 umPnw END ^'Lp<YJs6 *><j(uz! SPECIAL ! here we give requirements that are not defaults /w dvm4 ACM 3 .1 1 ! auto edge control (AEC) and center thickness control (ACC) are defaults ACA ! but we add to these ACM, so thicknesses do not get too thin, ACA, 5%( ASC ! so rays do not approach the critical angle, and ASC so surfaces do not END ! get too close to the hemisphere point. (1S9+H>g 0 F8xS8vK+ GO ! this starts the process. PROJ WClprSl8 iU.` TqR7 在不到一分钟的时间内,该过程生成了它找到的10种最佳初始结构的图片。 mu0L_u(P 我们现在有一个非常好的5片式透镜,但它只有我们指定的两种玻璃材料。 现在是时候进行更全面的搜索了。 @B{ 查看MACEARCH DSEARCH_OPT .MAC,DSEARCH为我们构建了它,在新的编辑器窗口中打开。 t#M[w|5? PANT MV<)qa T VLIST RD ALL VLIST TH ALL END |qpm
AANT AEC P `<TO ACC P 8u[.s`^ GSR 0.000000 2.000000 4 M 0.000000 CNuE9|W(vI GNR 0.000000 1.000000 4 M 0.500000 \l(}8;5} GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 ++w{)Io Z M 0.160000E+02 0.100000E+00 A BACK Pi[]k]XA\ M 0.500000E+02 0.100000E+00 A TOTL "j`T'%EV ACM 3 .1 1 ! AUTO EDGE CONTROL (AEC) AND CENTER THICKNESS CONTROL (ACC) ARE DEFAULTS ACA ! BUT WE ADD TO THESE ACM, SO THICKNESSES DO NOT GET TOO THIN, ACA, sfG9R" ASC ! SO RAYS DO NOT APPROACH THE CRITICAL ANGLE, AND ASC SO SURFACES DO NOT END SN[yC SNAP/DAMP 1 _j$V[=kdM/ SYNOPSYS 100 &VjPdu57 +Rd\*b 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。 LVP6vs 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) 4myikeUR_ CORE 16 tF*Sg{:bCa GSEARCH 3 QUIET LOG SURF (
K-7z 1 3 5 7 9 6UN{Vjr%` END jz'%(6#'gW +7"UF)
~k OFILE 'NIR_OPT.MAC' NAMES B$=1@ G G-ZF52 G D-FK61 G H-ZF88 G H-F51 LUx'Dm" ZnbpIJ8cV END USE 2 GO j}h%,
7 9[E/^
透镜进一步改善。 到目前为止,透镜只有超过0.2波长的像差 ,iiI5FR 看起来我们得到一个解决方案! 几乎没有初级或二级色差。 我们成功地用普通玻璃替换了不需要的材料,同时性能也比原来好得多。 :'H}b*VWx 任务完成! 这是最终透镜的SPEC列表: ]w)uo4<^J SYNOPSYS>SPE 8/"uS ;yP *}r6V"pH~ ID NIR EXAMPLE y}QqS/ ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000010110 22 Exi#@- LENS SPECIFICATIONS: _Axw$oYS +ZwTi!W SYSTEM SPECIFICATIONS tr
8Q{ >Y3zO 2Cr OBJECT DISTANCE (TH0) INFINITE FOCAL LENGTH (FOCL) 49.9800 1{xkAy0 OBJECT HEIGHT (YPP0) INFINITE PARAXIAL FOCAL POINT 15.9992 zS\m8[+] MARG RAY HEIGHT (YMP1) 17.5000 IMAGE DISTANCE (BACK) 15.9992 Q>=/u- MARG RAY ANGLE (UMP0) 0.0000 CELL LENGTH (TOTL) 50.0025 E&vCzQ CHIEF RAY HEIGHT (YPP1) 0.0000 F/NUMBER (FNUM) 1.4280 iQh:y:Jo1& CHIEF RAY ANGLE (UPP0) 0.9350 GAUSSIAN IMAGE HT(GIHT) 0.8157 6>d3* ENTR PUPIL SEMI-APERTURE 17.5000 EXIT PUPIL SEMI-APERTURE 24.7688 H/#WpRg ENTR PUPIL LOCATION 0.0000 EXIT PUPIL LOCATION -54.7406 FP6JfI8 IgF#f%|Q WAVL (uM) 1.970000 1.530000 1.060000 Wu?[1L:x WEIGHTS 1.000000 1.000000 1.000000 G)5Uiu:^X COLOR ORDER 2 1 3 4=ha$3h$ UNITS MM ]%5gPfv[T APERTURE STOP SURFACE (APS) 1 SEMI-APERTURE 17.53054 +zFEx%3^ FOCAL MODE ON H#`&!p MAGNIFICATION -4.99800E-11 POLARIZATION AND COATINGS ARE IGNORED. SURFACE DATA T6,6lll J:;nN-\j SURF RADIUS THICKNESS MEDIUM INDEX V-NUMBER .w~L0( ^6,}*@ 0 INFINITE INFINITE AIR JZNvuP D 1 83.04964 4.55863 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN >F!X'#Iv 2 -90.13577 1.76097 AIR y*sqnzgF 3 -61.20988 2.89016 H-ZF88 1.87811 26.89 GUANGMIN R<>uCF0 4 -136.80545 1.00000 AIR m`3gNox 5 26.01458 5.71573 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN 7mS_Cz+cB 6 83.59388 25.92496 AIR IC. R4- 7 24.21580 2.91205 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN <daBP[ 8 117.43058 2.36412 AIR HtI>rj/\
x 9 -24.23661 2.87587 H-F51 1.60755 25.46 GUANGMIN YP}r15P 10 -40.27187S 15.99923S AIR %t-}dC& IMG INFINITE -F-,Gcos Su`]
ku' KEY TO SYMBOLS LTio^uH ^#j{9FpPs A SURFACE HAS TILTS AND DECENTERS B TAG ON SURFACE =$%_asQJ G SURFACE IS IN GLOBAL COORDINATES L SURFACE IS IN LOCAL COORDINATES cy_zEJjbD O SPECIAL SURFACE TYPE P ITEM IS SUBJECT TO PICKUP xHwcP2 1 S ITEM IS SUBJECT TO SOLVE M SURFACE HAS MELT INDEX DATA cNuBWLG T ITEM IS TARGET OF A PICKUP ^d/,9L\U THIS LENS HAS NO SPECIAL SURFACE TYPES THIS LENS HAS NO TILTS OR DECENTERS SYNOPSYS> I*
JSb9r Hh;o<N>U 如果这些透镜机械方面也是合适,问题就解决了。 N%8aLD 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! kv3V| 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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