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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

+?F[/?s5qz  
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。

83E7k]7]  
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:
46$._h P  
    ID  FOUR  ELEMENT  INFRARED  OBJECTIVE 3%l*N&gsg:  
    WAVL  4.000000  3.250000  2.500000 hwu]Er.gn  
    APS                1 3Iua*#<m,  
    UNITS  MM nePfu G]Q  
    OBB  0.000000   3.00000   30.00000   0.00000   0.00000   0.00000   30.00000 _+p4Wvu~0  
    MARGIN      1.270000 Mxe}B'  
    BEVEL       0.254001 j:<n+:H C  
    0 AIR QU4h8}$  
    1 RAD   163.0500000000000   TH   4.50000000 7_%"BVb"  
    1 N1  3.42403414  N2 3.42836910  N3 3.43782376 4F)-"ck  
    1 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01 hq%?=2'9?  
    1 CTE    0.255000E-05 t'?.8}?)I&  
    1 GTB  U      'SILICON ' Mx&&0#;r  
    1 EFILE  EX1    31.417334   31.417334   31.671335   0.000000 %kv0We fs  
    1 EFILE  EX2    31.014427   31.417334    0.000000 -!q :p&c  
    2 RAD    255.4500000000000   TH   5.55000000  AIR Z LB4m`  
    2 AIR Cf TfL3(J  
    2 EFILE  EX1    31.014427   31.417334    31.671335 T~--92[  
    3 RAD    -721.5000000000000   TH    3.60000000 L\Aq6q@c  
    3 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029 M}d_I+  
    3 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01 4\y/'`xm)6  
    3 CTE    0.550000E-05 S)lkz'tdk  
    3 GTB  U    'GE          ' 9}l33T4T  
    3 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644    0.000000 _  <WJ7  
    3 EFILE   EX2   30.633643   30.633643    0.000000 r) HHwh{9  
    4 RAD     -1590.0000000000000   TH     65.70000000 AIR Z9:-rcr  
    4 AIR YX=a#%vrl  
    4 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644 pczug-nB  
    5 RAD     145.5000000000000    TH    3.15000000 \wo?47+=  
    5 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029 tro7Di2Q  
    5 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01 , 0imiv  
    5 CTE    0.550000E-05 ,#Iu 7di  
    5 GTB  U  'GE           ' ?>hPO73{  
    5 EFILE  EX1   27.236976   27.236976   27.490977  0.000000 y603$Cv  
    5 EFILE  EX2   26.712556   27.236976     0.000000 6,)[+Bl  
    6 RAD    120.4500000000000  TH    13.20000000 AIR 4^TG>j?M  
    6 AIR >Nvjl~o5  
    6 EFILE  EX1   26.712556   27.236976   27.490977 ozAS[B6  
    7 RAD    255.0000000000000   TH    4.50000000 [ p{#XwN  
    7 N1  3.42403414  N2  3.42836910  N3  3.43782376 u6T+Cg  
    7 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01 @HQ`~C#Z'  
    7 CTE    0.255000E-05 j:5=s%S  
    7 GTB U       'SILICON        ' mk1bcK9  
    7 EFILE  EX1   27.355510   27.355510   27.609511  0.000000 pi /g H  
    7 EFILE  EX2   27.165926   27.355510    0.000000 0KYEb%44  
    8 RAD 2025.0000000000000 TH 107.272545 AIR 5Y.vJz  
    8 AIR 9  TvV=  
    8 EFILE  EX1   27.165926   27.355510   27.609511 ]+(6,ct&.  
    9 RAD     -405.0000000000000   TH   0.00000000 AIR FB  _pw!z  
    9 AIR 87Oad@FOr  
    END
a d.3A{  
>*]Hq.&8  
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。
6qRx0"qB  
    SYNOPSYS AI>THERM TEST %`OJ.:k  
sp#p8@Cj  
    WARNING -- NO DEFAULT CTE HAS BEEN ASSIGNED TO AIRSPACES d\p,2  
    ALL GLASSES IN THIS LENS HAVE BEEN ASSIGNED THERMAL-INDEX COEFFICIENTS &S( .GdEf  
    SYNOPSYS AI>
i;NUAmx  
2r!s*b\Ix  
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:
[K9'<Qnu  
    CHG )>.&N[v  
    ALPHA A6061 ko Z  
    END
@W va tD V  
hJn%mdx~w|  
现在我们可以进行热分析。创建并运行如下新的MACro:
V=zi >o`   
    HERM \Kl+ 5%L  
    ATS 100 2 V^JV4 `o  
    END
U'8bdsF_  
7B b9 t  
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
+s,Qmmb7)  
镜头发生离焦了。 我们必须纠正这一点。 nN*w~f"  
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。
LJ*q1 ;<E  
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。 JQV%fTHS  
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。 n;(\5{a  
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 6fv  
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:
MOsl_^c  
    THERM 9/hrjItV  
    COE 1 STYRENE k%D+Y(WGz8  
    TCHANGE 1 ux_Mrh'  
    5 \=uKHNP?#  
    ATS 100 2 b /@#}Gc  
    END
:X.b}^Z(  
E0u~i59Z  
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:
V\u>"3BQw  
    ACON 1 G>wqt@%r9  
    PANT @c<3b2  
    VY  4  TH 1000 -1000 zoOaVV&1  
    VY  5  TH 1000 -1000 ,_yh z0.  
    END &$]v h  
!'mq ?C=  
    AANT MKy[hT:  
    ACON 1 [* @5\NWR}  
    M  0  1  A  DELF 1jy9lP=  
    M  8.103249  1  A  P  YA  1 c}y [[EX  
I3,= 0z  
    GSO  0.5  5.332000  3  M  0 P^w#S  
    GNO  0.5  1  3  M  0.5 }&n<uUDH  
    GNO  0.5  1  3  M  1.0 c8L~S/t  
Hz.(qW">5*  
    ACON 2 Z7_m)@%;kk  
    M  0  1  A  DELF 3H|_mX  
v=_6XF  
    GSO  0.5  5.332000  3  M  0 zY|t0H  
    GNO  0.5  1 3  M  0.5 eU<]o< \Qo  
    GNO  0.5  1 3  M  1.0 ix(=3 /Dgz  
    END <FWF<r3F  
6 G3\=)  
    SNAP Xb{ [c+.  
    SYNO  20  MULTI
>S'17D  
uoHNn7W  
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:
6`v7c!7  
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。 NR -!VJQ  
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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