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optics1210 2019-01-24 14:38

SYNOPSYS 光学设计软件课程三十五:无热化红外望远镜

1aCpeD4|)  
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。

<Y2$'ETD  
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:
]hoq!:>M1  
    ID  FOUR  ELEMENT  INFRARED  OBJECTIVE b};o:  
    WAVL  4.000000  3.250000  2.500000 p@[ fZj  
    APS                1 yxU9W,D v  
    UNITS  MM > >KCd  
    OBB  0.000000   3.00000   30.00000   0.00000   0.00000   0.00000   30.00000 P,F eF'J^  
    MARGIN      1.270000 e `OQ6|.k8  
    BEVEL       0.254001 bdG@%K',  
    0 AIR d ez4g  
    1 RAD   163.0500000000000   TH   4.50000000 =%7s0l3z  
    1 N1  3.42403414  N2 3.42836910  N3 3.43782376 F\L!.B  
    1 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01 _l"nwEs  
    1 CTE    0.255000E-05 YPf?  
    1 GTB  U      'SILICON ' U4<c![Pp.  
    1 EFILE  EX1    31.417334   31.417334   31.671335   0.000000 e<[ ] W4"A  
    1 EFILE  EX2    31.014427   31.417334    0.000000 1<5Ug8q  
    2 RAD    255.4500000000000   TH   5.55000000  AIR K1Uq` TJ  
    2 AIR VCJOWU EO1  
    2 EFILE  EX1    31.014427   31.417334    31.671335 '+27_j  
    3 RAD    -721.5000000000000   TH    3.60000000 c&FOt  
    3 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029 v^vi *c  
    3 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01 \4^rb?B  
    3 CTE    0.550000E-05 V; CPn  
    3 GTB  U    'GE          ' `E?0jQ  
    3 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644    0.000000 M.r7^9P  
    3 EFILE   EX2   30.633643   30.633643    0.000000 a^pbBDi W  
    4 RAD     -1590.0000000000000   TH     65.70000000 AIR $/B~bJC  
    4 AIR =:]v~Ehq  
    4 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644 akU2ToP  
    5 RAD     145.5000000000000    TH    3.15000000 XM,slQ  
    5 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029 \"Y,1in#  
    5 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01 Bc[~'gn  
    5 CTE    0.550000E-05 o:fe`#t  
    5 GTB  U  'GE           ' u3GBAjPsIk  
    5 EFILE  EX1   27.236976   27.236976   27.490977  0.000000 PMV,*`"9"A  
    5 EFILE  EX2   26.712556   27.236976     0.000000 >%0$AW|Exu  
    6 RAD    120.4500000000000  TH    13.20000000 AIR )>S,#_e*b  
    6 AIR -]H~D4ng  
    6 EFILE  EX1   26.712556   27.236976   27.490977 7B (%2  
    7 RAD    255.0000000000000   TH    4.50000000 -Ou.C7ol  
    7 N1  3.42403414  N2  3.42836910  N3  3.43782376 +yHz7^6-5  
    7 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01 \7"|'fz  
    7 CTE    0.255000E-05 I "~.p='  
    7 GTB U       'SILICON        '  J}:.I>  
    7 EFILE  EX1   27.355510   27.355510   27.609511  0.000000 Zd-6_,r  
    7 EFILE  EX2   27.165926   27.355510    0.000000 XclTyUGoK+  
    8 RAD 2025.0000000000000 TH 107.272545 AIR {svo!pN:  
    8 AIR =R|XFZ,  
    8 EFILE  EX1   27.165926   27.355510   27.609511 n2hV}t9O  
    9 RAD     -405.0000000000000   TH   0.00000000 AIR 1{ %y(?`  
    9 AIR ]L7A$sTUQ  
    END
9;?u%  
Zo yO[#  
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。
^}B,0yUu'  
    SYNOPSYS AI>THERM TEST HP1QI/*v  
G7Sw\wW  
    WARNING -- NO DEFAULT CTE HAS BEEN ASSIGNED TO AIRSPACES d%"XsbO  
    ALL GLASSES IN THIS LENS HAVE BEEN ASSIGNED THERMAL-INDEX COEFFICIENTS +ovK~K $A  
    SYNOPSYS AI>
G+t:]\  
$t(v `,  
这个镜头未为空气间隔分配系数。 我们用CHG文件来处理问题,分配铝型6061的系数:
|f#hGk6  
    CHG m(6d3P  
    ALPHA A6061 A>1$?A8Q  
    END
cN8Fn4gq  
>m,hna]RZ  
现在我们可以进行热分析。创建并运行如下新的MACro:
Oo}h:3?  
    HERM O'mcN*  
    ATS 100 2 _wS=*-fT  
    END
"+- 'o+  
DylO;+  
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
q!eE~O;A  
镜头发生离焦了。 我们必须纠正这一点。 [eDrjf3m  
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。
49$<:{~  
图像几乎汇聚在焦点上,并且改变非常小,从65.7变化到65.577。 VNHce H  
现在我们必须找出一种方法,使镜片3以同样的方向随温度移动。一个可行的方案是设计具有外套管的部分,外套管从表面4向右延伸,经过下一个镜片,然后使用内套管返回并保持这些元件。 如果外套管由铝制成,内部由塑料制成,则镜片3的净运动将小于全铝套管的净运动。 7|DG1p9C  
再次返回ACON 1,WorkSheet仍然打开,创建一个检查点并单击Add Surface按钮 。现在点击图中的透镜表面4和5之间的轴。插入虚拟表面。
H.@$#D  
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:
\}s/<Q  
    THERM %+N]$Q  
    COE 1 STYRENE iM)K:L7d  
    TCHANGE 1 SG&,o =I$  
    5 A51 a/p#  
    ATS 100 2 v$|~ g'6  
    END
?K>)bA&l'  
<46&R[17M  
我们运行这个程序,ACON 2确实发生了变化。 现在的诀窍是找到外套管和内套管的长度,以便按照我们的意愿进行最佳补偿。 对于此任务,我们使用优化程序。 这是我们的MACro:
K)7T]z`  
    ACON 1 ZH_$Q$9  
    PANT ,,gMUpL7_8  
    VY  4  TH 1000 -1000 G?1GkR  
    VY  5  TH 1000 -1000 L7-BuW}&  
    END W2 -%/  
z'EQdQ)  
    AANT P1Hab2%+  
    ACON 1 Q&eyqk   
    M  0  1  A  DELF g<W]NYm  
    M  8.103249  1  A  P  YA  1 olE(#}7V  
dFy$w=  
    GSO  0.5  5.332000  3  M  0 4,I,f>V  
    GNO  0.5  1  3  M  0.5 Jr2yn{s=S  
    GNO  0.5  1  3  M  1.0 kGYpJg9=  
J:yv82  
    ACON 2 b>; ?{  
    M  0  1  A  DELF 9|1msg4  
yYA*5 7^A  
    GSO  0.5  5.332000  3  M  0 .gx^L=O:  
    GNO  0.5  1 3  M  0.5 G% tlV&In  
    GNO  0.5  1 3  M  1.0 {EoYU\x  
    END /iU<\+ H  
*#T: _  
    SNAP DM^0[3XuV5  
    SYNO  20  MULTI
A@}5'LzL  
 '"B  
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:
WNGX`V,d  
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。 3^7+fxYWo  
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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