SYNOPSYS 光学设计软件课程三十五：无热化红外望远镜

Hkd^-=]]no
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：

wy,p&g)>
    ID  FOUR  ELEMENT  INFRARED  OBJECTIVE P"_$uO(5x
    WAVL  4.000000  3.250000  2.500000 ;V5yXNQ
    APS                1 Vj?DA5W`'
    UNITS  MM OGO~f;7
    OBB  0.000000   3.00000   30.00000   0.00000   0.00000   0.00000   30.00000 (%_n!ip^
    MARGIN      1.270000 TDtAmk
    BEVEL       0.254001 en*d/>OVJ
    0 AIR E?)656F[
    1 RAD   163.0500000000000   TH   4.50000000 k\`S lb1
    1 N1  3.42403414  N2 3.42836910  N3 3.43782376 TsQU6NNE
    1 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01 $s5a G)?7
    1 CTE    0.255000E-05 i38[hQR9a
    1 GTB  U      'SILICON ' *|#T8t,}n
    1 EFILE  EX1    31.417334   31.417334   31.671335   0.000000 %^]?5a!
    1 EFILE  EX2    31.014427   31.417334    0.000000 ZD>a>]
    2 RAD    255.4500000000000   TH   5.55000000  AIR s{bdl[7
    2 AIR ^dm!)4W
    2 EFILE  EX1    31.014427   31.417334    31.671335 6Jz^
    3 RAD    -721.5000000000000   TH    3.60000000 [ ho(z30k
    3 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029 O,@~L$a:YZ
    3 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01 *^%*o?M~
    3 CTE    0.550000E-05 V5f9]D
    3 GTB  U    'GE          ' tw=oH9c80
    3 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644    0.000000 PU<PhuMd
    3 EFILE   EX2   30.633643   30.633643    0.000000 2";SJF'5\
    4 RAD     -1590.0000000000000   TH     65.70000000 AIR #/2$+x
    4 AIR "&.S&=FlI
    4 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644 p[AO' xx
    5 RAD     145.5000000000000    TH    3.15000000 *l&S-=]
    5 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029 hr05L<?H
    5 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01 ~]C%/gEh
    5 CTE    0.550000E-05 A]0:8@k5
    5 GTB  U  'GE           ' 3r+.N
    5 EFILE  EX1   27.236976   27.236976   27.490977  0.000000 v *-0M
    5 EFILE  EX2   26.712556   27.236976     0.000000 2d>hi32I
    6 RAD    120.4500000000000  TH    13.20000000 AIR cvd\/pG)
    6 AIR -_C#wtC
    6 EFILE  EX1   26.712556   27.236976   27.490977 1BHG'y
    7 RAD    255.0000000000000   TH    4.50000000 `Z"Q^
    7 N1  3.42403414  N2  3.42836910  N3  3.43782376 :#~U<C@o
    7 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01 .xhK'}l[
    7 CTE    0.255000E-05 q$(5Vd:
    7 GTB U       'SILICON        ' #|GSQJ$F)`
    7 EFILE  EX1   27.355510   27.355510   27.609511  0.000000 <_Z:'~Zp
    7 EFILE  EX2   27.165926   27.355510    0.000000 gD`>Twa&6
    8 RAD 2025.0000000000000 TH 107.272545 AIR ?<Wb@6kh`
    8 AIR U6E\AvbRn
    8 EFILE  EX1   27.165926   27.355510   27.609511 ($w@Z/;
    9 RAD     -405.0000000000000   TH   0.00000000 AIR yXI >I
    9 AIR lKWPTCU
    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。

7/7Z`
    SYNOPSYS AI>THERM TEST j>uj=B@
7>XDNI
    WARNING -- NO DEFAULT CTE HAS BEEN ASSIGNED TO AIRSPACES tGA :[SP
    ALL GLASSES IN THIS LENS HAVE BEEN ASSIGNED THERMAL-INDEX COEFFICIENTS <JMcIV837
    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：

W[EKD 7
    CHG yz8mP3"c:o
    ALPHA A6061 bXUy9-L
    END

现在我们可以进行热分析。创建并运行如下新的MACro：

F
    HERM {7TlN.(
    ATS 100 2 vAY,E=&XvM
    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：

]smkTo/
    THERM [Nn`l,
    COE 1 STYRENE X7k.zlH7T
    TCHANGE 1 {uzf"%VtP
    5 __mF?m
    ATS 100 2 jZ NOt
    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：

cGjPxG;
    ACON 1 %p%%~ewmx
    PANT N F)~W#
    VY  4  TH 1000 -1000 Zd"^</ S
    VY  5  TH 1000 -1000 LL:_L<
    END |:8bNm5[
6@DF
    AANT .\>v0Du
    ACON 1 mI74x3 [
    M  0  1  A  DELF >/|q:b^2r
    M  8.103249  1  A  P  YA  1 I`NjqyTW
,VO2a mI
    GSO  0.5  5.332000  3  M  0 ;!(<s,c#:
    GNO  0.5  1  3  M  0.5 P.gb1$7<
    GNO  0.5  1  3  M  1.0 sQkhwMg
t!RiUZAo
    ACON 2 {<<U^<6}
    M  0  1  A  DELF wI(M^8F_Mf
):iA\A5q[
    GSO  0.5  5.332000  3  M  0 T=ev[ mS
    GNO  0.5  1 3  M  0.5 H%D$(W
    GNO  0.5  1 3  M  1.0 eM8}X[
    END oq}'}`lw"
| Bi!
    SNAP S]+:{9d
    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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