SYNOPSYS 光学设计软件课程三十五：无热化红外望远镜

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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：

t_YiF%}s&#
    ID  FOUR  ELEMENT  INFRARED  OBJECTIVE l_LfVON
    WAVL  4.000000  3.250000  2.500000 T7YzO,b/
    APS                1 ushQWP)
    UNITS  MM kTG}>I
    OBB  0.000000   3.00000   30.00000   0.00000   0.00000   0.00000   30.00000 nX>k}&^L
    MARGIN      1.270000 =5_8f
    BEVEL       0.254001 T7n;Bf
    0 AIR 8|7fd|6~
    1 RAD   163.0500000000000   TH   4.50000000 l\5qa_{z
    1 N1  3.42403414  N2 3.42836910  N3 3.43782376 3Nw9o6`U
    1 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01 NF0} eom
    1 CTE    0.255000E-05 z@&_3 Gl
    1 GTB  U      'SILICON ' 6R@ v>}
    1 EFILE  EX1    31.417334   31.417334   31.671335   0.000000 e)\s0#
    1 EFILE  EX2    31.014427   31.417334    0.000000 %Q}#x
    2 RAD    255.4500000000000   TH   5.55000000  AIR 2N(c&Dzkh`
    2 AIR g<KBsz!{
    2 EFILE  EX1    31.014427   31.417334    31.671335 \rADwZm
    3 RAD    -721.5000000000000   TH    3.60000000 .he%a3e
    3 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029 Ik=KEOz
    3 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01 'fcJ]%-=
    3 CTE    0.550000E-05 ykl./uY'
    3 GTB  U    'GE          ' )1J&tV*U
    3 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644    0.000000 }RG
    3 EFILE   EX2   30.633643   30.633643    0.000000 fVo)# Bj
    4 RAD     -1590.0000000000000   TH     65.70000000 AIR #)=P/N1
    4 AIR QS_"fsyN:
    4 EFILE  EX1   30.633643   30.633643   30.887644 ZxbWgM5rm
    5 RAD     145.5000000000000    TH    3.15000000 GRO[&;d`
    5 N1  4.02415626  N2  4.03741119  N3  4.06419029 04:^<n+{
    5 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04  2.05000E+00  1.10000E+01  2.20000E+01 z9&$Xao
    5 CTE    0.550000E-05 gjL>FOe8u
    5 GTB  U  'GE           ' FB6`2E%o
    5 EFILE  EX1   27.236976   27.236976   27.490977  0.000000 '(&.[Pk:"
    5 EFILE  EX2   26.712556   27.236976     0.000000 lkFv5^%
    6 RAD    120.4500000000000  TH    13.20000000 AIR q%Obrk
    6 AIR noOG$P#
    6 EFILE  EX1   26.712556   27.236976   27.490977 Skp&W*Ai
    7 RAD    255.0000000000000   TH    4.50000000 e<9IwS!/
    7 N1  3.42403414  N2  3.42836910  N3  3.43782376 & 2>W=h
    7 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04  1.40000E+00  7.50000E+00  1.60000E+01 DP &,jU6
    7 CTE    0.255000E-05 g15e|y)th
    7 GTB U       'SILICON        ' -fT]}T6=
    7 EFILE  EX1   27.355510   27.355510   27.609511  0.000000 K.",=\53
    7 EFILE  EX2   27.165926   27.355510    0.000000 M{3He)&
    8 RAD 2025.0000000000000 TH 107.272545 AIR ygWo9?
    8 AIR e%U0^! 8
    8 EFILE  EX1   27.165926   27.355510   27.609511 a~9U{)@F
    9 RAD     -405.0000000000000   TH   0.00000000 AIR yO]Vex5)
    9 AIR }tua0{N:z
    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。

)d2<;c
    SYNOPSYS AI>THERM TEST [C,<Q
YRfs8I^rg
    WARNING -- NO DEFAULT CTE HAS BEEN ASSIGNED TO AIRSPACES ic%<39
    ALL GLASSES IN THIS LENS HAVE BEEN ASSIGNED THERMAL-INDEX COEFFICIENTS ]Vln5U
    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：

N&]v\MjI62
    CHG +%OINMo.A
    ALPHA A6061 |h\e(_G\
    END

现在我们可以进行热分析。创建并运行如下新的MACro：

.0:BgM
    HERM '_lyoVP
    ATS 100 2 XI} C|]#
    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：

'YIFHn$!
    THERM *%l&'+
    COE 1 STYRENE 9uV/G7Geq
    TCHANGE 1 ^m;dEe&@F
    5 K QXw~g?
    ATS 100 2 $/90('D
    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：

r=Z#"68$
    ACON 1 0#lw?sv
    PANT sDT(3{)L7
    VY  4  TH 1000 -1000 <h^'x7PkW5
    VY  5  TH 1000 -1000 YLmzMD>
    END m^rgzx19?
-CfGWO#Gbx
    AANT e:hkWcV
    ACON 1 DE|r~TQ
    M  0  1  A  DELF ^29w@*
    M  8.103249  1  A  P  YA  1 OLJb8kO
Z)EmX=
    GSO  0.5  5.332000  3  M  0 ;<`F[V Zau
    GNO  0.5  1  3  M  0.5 0JQy-hpF
    GNO  0.5  1  3  M  1.0 jLX{$,
?#!Hm`\.
    ACON 2 lA {
    M  0  1  A  DELF ]vJZ v"ACn
TJ[C,ic=D
    GSO  0.5  5.332000  3  M  0 .w/#S-at
    GNO  0.5  1 3  M  0.5 r?Jxl<
    GNO  0.5  1 3  M  1.0 #&0)kr66
    END `l@[8H%aw
m6^Ua
    SNAP .o91^jt
    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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