SYNOPSYS 光学设计软件课程三十五：无热化红外望远镜

<y(uu(c
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：

$18|@\Znj
    ID  FOUR  ELEMENT  INFRARED  OBJECTIVE D?u*^?a2
    WAVL  4.000000  3.250000  2.500000 +"!,rZ7,A
    APS                1 SC~cryb
    UNITS  MM &#'[]V%^F
    OBB  0.000000   3.00000   30.00000   0.00000   0.00000   0.00000   30.00000 =kq!e
    MARGIN      1.270000 m8Q6ESg<*u
    BEVEL       0.254001 8v6YOG"b q
    0 AIR :^DuB_
    1 RAD   163.0500000000000   TH   4.50000000 $/%|0tQ
    1 N1  3.42403414  N2 3.42836910  N3 3.43782376 T jO}P\p
    1 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01 )#9R()n!
    1 CTE    0.255000E-05 A f@IsCOJ
    1 GTB  U      'SILICON ' 9-DDly [)4
    1 EFILE  EX1    31.417334   31.417334   31.671335   0.000000 A L#"j62
    1 EFILE  EX2    31.014427   31.417334    0.000000 |IqQ%;H
    2 RAD    255.4500000000000   TH   5.55000000  AIR fbKL31PI
    2 AIR 5N(/K.^
    2 EFILE  EX1    31.014427   31.417334    31.671335 r>:7)p!|
    3 RAD    -721.5000000000000   TH    3.60000000 r"OVu~ND
    3 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029 L$7 NT}L
    3 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01 -r_/b
    3 CTE    0.550000E-05 8t!/Op?
    3 GTB  U    'GE          ' Qo{Ez^q@J
    3 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644    0.000000 CUB=T]
    3 EFILE   EX2   30.633643   30.633643    0.000000 UNcS\t2N
    4 RAD     -1590.0000000000000   TH     65.70000000 AIR I\O<XJO)_
    4 AIR V.kUFTCvf
    4 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644 s@C@q(i6
    5 RAD     145.5000000000000    TH    3.15000000 C8%Iol
    5 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029 )p7WU?&I
    5 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01 C6=7zYhR
    5 CTE    0.550000E-05 RYDV60*O6
    5 GTB  U  'GE           ' _eAZ_@
    5 EFILE  EX1   27.236976   27.236976   27.490977  0.000000 ~/J:p5?L
    5 EFILE  EX2   26.712556   27.236976     0.000000 <">tB"="b
    6 RAD    120.4500000000000  TH    13.20000000 AIR UBp0;)-
    6 AIR /#M|)V*wn
    6 EFILE  EX1   26.712556   27.236976   27.490977 [k(oQykq
    7 RAD    255.0000000000000   TH    4.50000000 _NAKVzo-
    7 N1  3.42403414  N2  3.42836910  N3  3.43782376 Dh0`t@
    7 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01 -"iGcVV
    7 CTE    0.255000E-05 QfJ?'*
    7 GTB U       'SILICON        ' a!}.l< )
    7 EFILE  EX1   27.355510   27.355510   27.609511  0.000000 <4,>`#NEo
    7 EFILE  EX2   27.165926   27.355510    0.000000 <;:M:{RZY
    8 RAD 2025.0000000000000 TH 107.272545 AIR oJw~g[
    8 AIR f{[U->#^
    8 EFILE  EX1   27.165926   27.355510   27.609511 |D u.aN
    9 RAD     -405.0000000000000   TH   0.00000000 AIR |a#4
    9 AIR |?0Cm|?
    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。

}!b9L]
    SYNOPSYS AI>THERM TEST rxQn[
LD5n_W
    WARNING -- NO DEFAULT CTE HAS BEEN ASSIGNED TO AIRSPACES [>+(zlK"
    ALL GLASSES IN THIS LENS HAVE BEEN ASSIGNED THERMAL-INDEX COEFFICIENTS zlIXia5
    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：

NvWwj%6]
    CHG gT*0WgB
    ALPHA A6061 k6-Q3W[+a
    END

现在我们可以进行热分析。创建并运行如下新的MACro：

"BZ6G`
    HERM ?V%x94B
    ATS 100 2 \"c;MK{
    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：

n.p6+^ES
    THERM ZurQr}
    COE 1 STYRENE B\A2Vm`&
    TCHANGE 1 'n%Ac&kk
    5 :<4:h.gO8
    ATS 100 2 \2)a.2mAz
    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：

J6/Mm7R
    ACON 1 bvzeUn
    PANT 48Y5ppcS
    VY  4  TH 1000 -1000 W+V#z8K
    VY  5  TH 1000 -1000 c%w@-n`
    END U8kH'OD
y-O# +{7
    AANT 5fPYtVm
    ACON 1 .j:[R.
    M  0  1  A  DELF /`#sp
    M  8.103249  1  A  P  YA  1 ^%wj6
z|[#6X6tT
    GSO  0.5  5.332000  3  M  0 S3]Cz$
    GNO  0.5  1  3  M  0.5 YG$2ySkDhE
    GNO  0.5  1  3  M  1.0 >lQ&^9EI%
h[72iVn
    ACON 2 2f ]CnD0$
    M  0  1  A  DELF Y%:FawR
o-2FGM`*VB
    GSO  0.5  5.332000  3  M  0 ?#idmb}(
    GNO  0.5  1 3  M  0.5 gE%{#&*
    GNO  0.5  1 3  M  1.0 ~fB}v
    END a(&!{Y1bt
]uO8
    SNAP e|u|b
    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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