SYNOPSYS 光学设计软件课程三十五：无热化红外望远镜

YH9BJ
在本课中，我们将研究随着温度的变化，中红外望远镜的图像质量如何变化。我们从下面的实例镜头开始。

这是示例镜头X11，我们调整了最后一个空气间隔来改善焦点。以下是此示例的RLE文件：

Fei$94a
    ID  FOUR  ELEMENT  INFRARED  OBJECTIVE xnTky1zq
    WAVL  4.000000  3.250000  2.500000 Yp8$0KK
    APS                1 w,&RHQB
    UNITS  MM G[mYx[BTz
    OBB  0.000000   3.00000   30.00000   0.00000   0.00000   0.00000   30.00000 v3B ^d}+.
    MARGIN      1.270000 )Z#7%,o
    BEVEL       0.254001 9bB~r[k
    0 AIR MD,-<X)Qy
    1 RAD   163.0500000000000   TH   4.50000000 ]KmYPrCl0
    1 N1  3.42403414  N2 3.42836910  N3 3.43782376 NTC,Vr\A
    1 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01 {!w]t?h
    1 CTE    0.255000E-05 bF.Aj8ZQ
    1 GTB  U      'SILICON ' ;AaF;zPV
    1 EFILE  EX1    31.417334   31.417334   31.671335   0.000000 9"rATgN1
    1 EFILE  EX2    31.014427   31.417334    0.000000 n1ICW 9
    2 RAD    255.4500000000000   TH   5.55000000  AIR 3f3?%9
    2 AIR 9M6&+1XE
    2 EFILE  EX1    31.014427   31.417334    31.671335 _Cs.%R!r
    3 RAD    -721.5000000000000   TH    3.60000000 A6d+RAx
    3 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029 e:#\Oh
    3 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01 p=zjJ~DVd
    3 CTE    0.550000E-05 ??F{Gli"C`
    3 GTB  U    'GE          ' c09uCito
    3 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644    0.000000 q#Bdq8
    3 EFILE   EX2   30.633643   30.633643    0.000000 b% F|VG
    4 RAD     -1590.0000000000000   TH     65.70000000 AIR TM+7>a$
    4 AIR *(rq AB0~
    4 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644 tNjrd}8s
    5 RAD     145.5000000000000    TH    3.15000000 {MHr]A}X\
    5 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029 J-U}iU|
    5 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01 Dbgw)n*2
    5 CTE    0.550000E-05 7}Gy%SJ`
    5 GTB  U  'GE           ' |Bjb
    5 EFILE  EX1   27.236976   27.236976   27.490977  0.000000 \ZC7vM"h
    5 EFILE  EX2   26.712556   27.236976     0.000000 oyUf/Sl
    6 RAD    120.4500000000000  TH    13.20000000 AIR M*x_1h5n
    6 AIR y,aASy!Q
    6 EFILE  EX1   26.712556   27.236976   27.490977 j8lbn|.
    7 RAD    255.0000000000000   TH    4.50000000 }} IvZG&
    7 N1  3.42403414  N2  3.42836910  N3  3.43782376 {AZW."?
    7 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01 wm}i+ApK
    7 CTE    0.255000E-05 xd*kNY
    7 GTB U       'SILICON        ' de"*<+
    7 EFILE  EX1   27.355510   27.355510   27.609511  0.000000 j,~h:MT
    7 EFILE  EX2   27.165926   27.355510    0.000000 TY?Fs-
    8 RAD 2025.0000000000000 TH 107.272545 AIR P%1s6fjU
    8 AIR O@l`D`
    8 EFILE  EX1   27.165926   27.355510   27.609511 7&X^y+bMe6
    9 RAD     -405.0000000000000   TH   0.00000000 AIR /t816,i
    9 AIR ~ ^K[pA ?
    END

镜头须在20到100℃的温度范围内保持聚焦。我们运行THERM程序，首先测试是否所有需要的系数都存在。

km *$;Nli
    SYNOPSYS AI>THERM TEST 8 }-"&-X
6JJ%`Uojh
    WARNING -- NO DEFAULT CTE HAS BEEN ASSIGNED TO AIRSPACES }%%| '8
    ALL GLASSES IN THIS LENS HAVE BEEN ASSIGNED THERMAL-INDEX COEFFICIENTS c(o8uWn
    SYNOPSYS AI>

这个镜头未为空气间隔分配系数。我们用CHG文件来处理问题，分配铝型6061的系数：

>]Y`-*vw&
    CHG I(C_}I>Wb
    ALPHA A6061 :}Z+K*%o-
    END

现在我们可以进行热分析。创建并运行如下新的MACro：

~}uTC36C\
    HERM %KqXtc`O
    ATS 100 2 Oq[tgmf
    END

镜头的副本将放在多重结构2中，所有参数也都随着温度从20到100度的范围变化。这是ACON 2现在的样子

镜头发生离焦了。我们必须纠正这一点。
有一种简单的方法来判断光线的轴向位移可能会带来什么变化。首先，单击按钮

在ACON 2中创建一个检查点。现在打开WorkSheet（单击按钮

），然后单击PAD选择表面4。我们猜测该空气间隔的变化可能会改变焦点位置。实际上，所需的变化量应该非常小，因此将速度滑块滑到底部附近，然后将“间距”滑块向右滑动，如图所示。

图像几乎汇聚在焦点上，并且改变非常小，从65.7变化到65.577。
现在我们必须找出一种方法，使镜片3以同样的方向随温度移动。一个可行的方案是设计具有外套管的部分，外套管从表面4向右延伸，经过下一个镜片，然后使用内套管返回并保持这些元件。如果外套管由铝制成，内部由塑料制成，则镜片3的净运动将小于全铝套管的净运动。
再次返回ACON 1，WorkSheet仍然打开，创建一个检查点并单击Add Surface按钮

。现在点击图中的透镜表面4和5之间的轴。插入虚拟表面。

现在我们必须告诉程序，从表面5到表面6的膨胀系数与默认的铝的热膨胀系数不同。关闭WS并创建一个新的THERM文件：

SFTThM]8M1
    THERM ] OR]
    COE 1 STYRENE EyozhIV
    TCHANGE 1 {eS!cZJ
    5 f.Jz]WXw,
    ATS 100 2 rqifjsv
    END

我们运行这个程序，ACON 2确实发生了变化。现在的诀窍是找到外套管和内套管的长度，以便按照我们的意愿进行最佳补偿。对于此任务，我们使用优化程序。这是我们的MACro：

gwNv;g
    ACON 1 ZfS-W&6Z
    PANT {um~]
    VY  4  TH 1000 -1000 EFhe``
    VY  5  TH 1000 -1000 7n5bI\
    END {R\"x|
O]`CSTv'_
    AANT AfyEFnY
    ACON 1 ^,@Rd\q
    M  0  1  A  DELF 7h,SX]4Q
    M  8.103249  1  A  P  YA  1 4k}u`8 a
BoXQBcG]w
    GSO  0.5  5.332000  3  M  0 VcA87*pel
    GNO  0.5  1  3  M  0.5 ]QRhTz
    GNO  0.5  1  3  M  1.0 6*Rz}RQ
.pK_j~}P
    ACON 2 c1Xt$[_
    M  0  1  A  DELF .(`#q@73
$yBU ,lu}
    GSO  0.5  5.332000  3  M  0 #X`j#"Ov2(
    GNO  0.5  1 3  M  0.5 ^I@43Jy/
    GNO  0.5  1 3  M  1.0 XzkC ]e'
    END zN0^FXGD
/(5SJ(a
    SNAP >}Za)
    SYNO  20  MULTI

这将尝试在两个温度下保持系统聚焦并保持图像质量。我们运行这个宏，现在ACON 2中的镜头比以前更好：

图像质量有下降，但仍在合理范围内，即使温度发生变化，焦点仍然能够保持聚焦。现在注意表面5的位置。这告诉你两个套管必须延伸的地方及它们应该连接的位置。不受温度影响并不困难。
我们已经为TH变量输入了确定的限制，因为程序不会让正TH变为负数。为了保持放大率不变，我们为主光线的YA添加了一个目标。您可以参考用户手册，以获得有关此功能的完整。

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