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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

^@'zQa  
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。

d(Yuz#Qcrh  
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:
?IO3w{fmH  
    ID  FOUR  ELEMENT  INFRARED  OBJECTIVE Cq\{\!6[  
    WAVL  4.000000  3.250000  2.500000 I|/|\  
    APS                1 UrS%t>6k  
    UNITS  MM z`dnS]q9  
    OBB  0.000000   3.00000   30.00000   0.00000   0.00000   0.00000   30.00000 uE#i3( J  
    MARGIN      1.270000 `;Fs  
    BEVEL       0.254001 z5f3T D6,  
    0 AIR Yka>r9wr  
    1 RAD   163.0500000000000   TH   4.50000000 VhgcvS@V  
    1 N1  3.42403414  N2 3.42836910  N3 3.43782376 d5W =?  
    1 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01 Pn}oSCo  
    1 CTE    0.255000E-05 3/su1M[  
    1 GTB  U      'SILICON ' ar`}+2Qh0  
    1 EFILE  EX1    31.417334   31.417334   31.671335   0.000000 gX5.u9%C\  
    1 EFILE  EX2    31.014427   31.417334    0.000000 /hGu42YG  
    2 RAD    255.4500000000000   TH   5.55000000  AIR Ao *{#z   
    2 AIR * ^\u%Ir"  
    2 EFILE  EX1    31.014427   31.417334    31.671335 DCCij N  
    3 RAD    -721.5000000000000   TH    3.60000000 'sjks sy.3  
    3 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029 Xu{S4#1  
    3 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01 4Rl~7|  
    3 CTE    0.550000E-05 OZl0I#@A  
    3 GTB  U    'GE          ' W%#LHluP  
    3 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644    0.000000 C9`x"$  
    3 EFILE   EX2   30.633643   30.633643    0.000000 &!8u4*K5j  
    4 RAD     -1590.0000000000000   TH     65.70000000 AIR =XUt?5  
    4 AIR 73E[O5?b  
    4 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644 -s:NF;"  
    5 RAD     145.5000000000000    TH    3.15000000 !R$t>X  
    5 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029 SciEHI#  
    5 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01 1FRpcE  
    5 CTE    0.550000E-05 9q<?xO  
    5 GTB  U  'GE           ' Biy$p6  
    5 EFILE  EX1   27.236976   27.236976   27.490977  0.000000 s|Zv>Qt  
    5 EFILE  EX2   26.712556   27.236976     0.000000 uo^tND4a;j  
    6 RAD    120.4500000000000  TH    13.20000000 AIR x#tP)5n?s*  
    6 AIR F[oTc^dr  
    6 EFILE  EX1   26.712556   27.236976   27.490977 !r_2b! dy  
    7 RAD    255.0000000000000   TH    4.50000000 fh}j)*K8  
    7 N1  3.42403414  N2  3.42836910  N3  3.43782376 &qeM YYY  
    7 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01 yLCJSN$7  
    7 CTE    0.255000E-05 (wEaw|Zx  
    7 GTB U       'SILICON        ' Bf6\KI<V2  
    7 EFILE  EX1   27.355510   27.355510   27.609511  0.000000 JwmH_nJ(  
    7 EFILE  EX2   27.165926   27.355510    0.000000 2NqO,B|R  
    8 RAD 2025.0000000000000 TH 107.272545 AIR !\1Pu|  
    8 AIR +C9 l7 q  
    8 EFILE  EX1   27.165926   27.355510   27.609511 }tH6E  
    9 RAD     -405.0000000000000   TH   0.00000000 AIR oOy_2fwZPp  
    9 AIR @EB2I+[  
    END
%>k$'UWzK  
25jgM!QBXF  
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。
R;2 Z~P  
    SYNOPSYS AI>THERM TEST =xsTVT;sj  
x-=qlg&EI  
    WARNING -- NO DEFAULT CTE HAS BEEN ASSIGNED TO AIRSPACES Ba]^0Y u  
    ALL GLASSES IN THIS LENS HAVE BEEN ASSIGNED THERMAL-INDEX COEFFICIENTS dht*1i3v  
    SYNOPSYS AI>
/%T d(  
c o%-d  
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:
$ #F7C[2N  
    CHG CN<EgNt1kN  
    ALPHA A6061 l)( 3]  
    END
$2gZpO|  
"\M^jO  
现在我们可以进行热分析。创建并运行如下新的MACro:
'#@tovr  
    HERM =GSe$f?  
    ATS 100 2 L)j<;{J/Q0  
    END
rnTjw "%  
4z>SI\Ss  
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
xc6A&b>jI  
镜头发生离焦了。 我们必须纠正这一点。 H)l7:a  
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。
d;O4)8 >  
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。 YA%0{Tdxz  
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。 )wueR5P  
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。
^5BQ=  
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:
[}t^+^/  
    THERM '?MT " G  
    COE 1 STYRENE Ow4H7 sl  
    TCHANGE 1 +LsACSB  
    5 MF/@Efjn ]  
    ATS 100 2 JP*VR=0k?  
    END
rW B/#m  
1=Nh<FuQ  
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:
r;c ILS|Xr  
    ACON 1 8[xl3=  
    PANT sW]fPa(cn,  
    VY  4  TH 1000 -1000 x l4A<  
    VY  5  TH 1000 -1000 Y('?Z]  
    END bL]NSD  
k]9v${Ke  
    AANT !omf>CW;ud  
    ACON 1 #:LI,t  
    M  0  1  A  DELF 5'z D}[2  
    M  8.103249  1  A  P  YA  1 A9\(vxxOpC  
#cy;((zuB  
    GSO  0.5  5.332000  3  M  0 Th>ff)~ e  
    GNO  0.5  1  3  M  0.5 T.?}iz=ZEq  
    GNO  0.5  1  3  M  1.0 N-:.z]j#_  
g,] GzHV1  
    ACON 2 .bvEE  
    M  0  1  A  DELF GP{$w_'!J0  
R7ze~[oF  
    GSO  0.5  5.332000  3  M  0 1E]TH/JK  
    GNO  0.5  1 3  M  0.5 ~duF2m 72  
    GNO  0.5  1 3  M  1.0  -#<AbT  
    END [h[@? 8vB  
GLtd6;V  
    SNAP Jwt_d }ns  
    SYNO  20  MULTI
r: -,qy  
^ R7|x+  
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:
oo2CF!Xy  
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。 ]CxD m  
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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