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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

m6 IZG l7%  
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。

?G8 D6  
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:
}[75`pC~O  
    ID  FOUR  ELEMENT  INFRARED  OBJECTIVE 1TbKnmTx  
    WAVL  4.000000  3.250000  2.500000 jj.yB#T  
    APS                1 uIWCVR8`Y  
    UNITS  MM />$)o7U`+  
    OBB  0.000000   3.00000   30.00000   0.00000   0.00000   0.00000   30.00000 [&Qrk8EN  
    MARGIN      1.270000 Hq%`DWus\  
    BEVEL       0.254001 .Qi`5C:U  
    0 AIR s"sX# l[J  
    1 RAD   163.0500000000000   TH   4.50000000 6 QxLHQA  
    1 N1  3.42403414  N2 3.42836910  N3 3.43782376 .#+rH}=Z  
    1 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01 f'#7i@Je  
    1 CTE    0.255000E-05 v4qvq GK  
    1 GTB  U      'SILICON ' @l@lE0  
    1 EFILE  EX1    31.417334   31.417334   31.671335   0.000000 "ENgu/A!  
    1 EFILE  EX2    31.014427   31.417334    0.000000 >i=O =w  
    2 RAD    255.4500000000000   TH   5.55000000  AIR SJy?^  
    2 AIR >iG`  
    2 EFILE  EX1    31.014427   31.417334    31.671335 6.By)L  
    3 RAD    -721.5000000000000   TH    3.60000000 QY{f=  
    3 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029 ^Yn6kF  
    3 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01 X*8U%uF  
    3 CTE    0.550000E-05  0J_Np  
    3 GTB  U    'GE          ' j.m-6  
    3 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644    0.000000 !Ug J^v  
    3 EFILE   EX2   30.633643   30.633643    0.000000 rW1 > t+  
    4 RAD     -1590.0000000000000   TH     65.70000000 AIR 0?sIod  
    4 AIR 1nvs51?H  
    4 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644 yyiZV\ /  
    5 RAD     145.5000000000000    TH    3.15000000 0|NbU  
    5 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029 UQTt;RS*zS  
    5 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01 0dnm/'L  
    5 CTE    0.550000E-05 qA03EU  
    5 GTB  U  'GE           ' o}NKqA3  
    5 EFILE  EX1   27.236976   27.236976   27.490977  0.000000 P}aJvFlmP  
    5 EFILE  EX2   26.712556   27.236976     0.000000 3S.rIai+  
    6 RAD    120.4500000000000  TH    13.20000000 AIR 1`h`-dqr#  
    6 AIR X}? cAo2N  
    6 EFILE  EX1   26.712556   27.236976   27.490977 xorFz{  
    7 RAD    255.0000000000000   TH    4.50000000 ;f6G&>p  
    7 N1  3.42403414  N2  3.42836910  N3  3.43782376 q Rtgk  
    7 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01 WQ6E8t)  
    7 CTE    0.255000E-05 :v&GA s6H  
    7 GTB U       'SILICON        ' QtX ->6P>  
    7 EFILE  EX1   27.355510   27.355510   27.609511  0.000000 ;GvyL>|-~  
    7 EFILE  EX2   27.165926   27.355510    0.000000 u}u2{pO!  
    8 RAD 2025.0000000000000 TH 107.272545 AIR 7dW9i7Aj  
    8 AIR h~F uuL  
    8 EFILE  EX1   27.165926   27.355510   27.609511 Q <78< #I  
    9 RAD     -405.0000000000000   TH   0.00000000 AIR nYE_WXY3V  
    9 AIR ;jnnCXp>  
    END
 snN1  
D* Vr)J  
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。
~_h4|vG  
    SYNOPSYS AI>THERM TEST YF."D%?  
)"f>cYF  
    WARNING -- NO DEFAULT CTE HAS BEEN ASSIGNED TO AIRSPACES we{*%8I;  
    ALL GLASSES IN THIS LENS HAVE BEEN ASSIGNED THERMAL-INDEX COEFFICIENTS wV U(Du  
    SYNOPSYS AI>
-/FCd(  
44S<(Re  
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:
d)dIIzv  
    CHG Mu{mj4Y{  
    ALPHA A6061  5+VdZ'@  
    END
iRPd=)  
[*50Ng>P`  
现在我们可以进行热分析。创建并运行如下新的MACro:
nY(jN D  
    HERM tCA |sN  
    ATS 100 2 i(YP(8  
    END
@$t Qz  
'kYV}rq;l  
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
?VReKv1\  
镜头发生离焦了。 我们必须纠正这一点。 |!&,etu  
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。
~1}NQa(  
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。 7p2x}[ .\  
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。 I80.|KIv  
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。
*Z{W,8h*s  
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:
Ue-HO  
    THERM #7'ww*+  
    COE 1 STYRENE lr^-  
    TCHANGE 1 .F%!zaVIu  
    5 e6{/e+/R  
    ATS 100 2 fzSZ>I0R  
    END
 %_A1WC  
S _#UEf  
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:
/&ph-4\i  
    ACON 1 E%+V\ W%  
    PANT J$'T2@H#  
    VY  4  TH 1000 -1000 ]>:%:-d6  
    VY  5  TH 1000 -1000 UVU}  
    END @*_#zU#g  
Nz$O D_]  
    AANT m#8KCZS  
    ACON 1 S;*,V |#QD  
    M  0  1  A  DELF ~\XB'  
    M  8.103249  1  A  P  YA  1 U>X06T  
l65'EO|  
    GSO  0.5  5.332000  3  M  0 @Z.Ne:*J  
    GNO  0.5  1  3  M  0.5 -6)ywq^{z  
    GNO  0.5  1  3  M  1.0 G::6?+S  
9E (>mN  
    ACON 2 u4Vc:n  
    M  0  1  A  DELF PqvwM2}4  
9:@os0^O  
    GSO  0.5  5.332000  3  M  0 hRA.u'M  
    GNO  0.5  1 3  M  0.5 0&EX -DbV  
    GNO  0.5  1 3  M  1.0 t,MK#Ko  
    END a>s v  
a^sR?.+3  
    SNAP TTqOAo[-Z  
    SYNO  20  MULTI
BRH:5h  
v[lytX4)  
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:
8t6h^uQ  
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。 nPv2: x  
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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