SYNOPSYS 光学设计软件课程三十五：无热化红外望远镜

m6IZGl7%
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：

}[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 6QxLHQA
    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 v4qvqGK
    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 !UgJ^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&GAs6H
    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

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>

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

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

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：

Ue-HO
    THERM #7'ww*+
    COE 1 STYRENE lr^-
    TCHANGE 1 .F%!zaVIu
    5 e6{/e+/R
    ATS 100 2 fzSZ>I0R
    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：

/&ph-4\i
    ACON 1 E%+V\ W%
    PANT J$'T2@H#
    VY  4  TH 1000 -1000 ]>:%:-d6
    VY  5  TH 1000 -1000 UVU}
    END @*_#zU#g
Nz$OD_]
    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

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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