SYNOPSYS 光学设计软件课程三十五：无热化红外望远镜

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：

    RLE
    ID FOUR ELEMENT INFRARED OBJECTIVES 1 O    124
     FNAME 'X11.RLE                                           '
     LOG      124
     WAVL 4.000000 3.250000 2.500000
     APS               1
     UNITS MM
     OBB  0.0000000   3.0000000   30.0000000   0.00000000000       0.0000000   0.0000000  30.0000000
     MARGIN       1.270000
     BEVEL       0.254001
       0 AIR
       1 RAD    163.0500000000000   TH      4.50000000
       1 N1 3.42403414 N2 3.42836910 N3 3.43782376
       1 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04 1.40000E+00 7.50000E+00 1.60000E+01
       1 CTE   0.255000E-05
       1 GTB U    'SILICON         '
       1 EFILE EX1    31.417334    31.417334    31.671335     0.000000
       1 EFILE EX2    31.014427    31.417334     0.000000
       2 RAD    255.4500000000000   TH      5.55000000 AIR
       2 EFILE EX1    31.014427    31.417334    31.671335
       3 RAD   -721.5000000000000   TH      3.60000000
       3 N1 4.02415626 N2 4.03741119 N3 4.06419029
       3 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04 2.05000E+00 1.10000E+01 2.20000E+01
       3 CTE   0.550000E-05
       3 GTB U    'GE              '
       3 EFILE EX1    30.633643    30.633643    30.887644     0.000000
       3 EFILE EX2    30.633643    30.633643     0.000000
       4 RAD  -1590.0000000000000   TH     65.70000000 AIR
       4 EFILE EX1    30.633643    30.633643    30.887644
       5 RAD    145.5000000000000   TH      3.15000000
       5 N1 4.02415626 N2 4.03741119 N3 4.06419029
       5 DNDT  4.100E-04  4.100E-04  4.100E-04 2.05000E+00 1.10000E+01 2.20000E+01
       5 CTE   0.550000E-05
       5 GTB U    'GE              '
       5 EFILE EX1    27.236976    27.236976    27.490977     0.000000
       5 EFILE EX2    26.712556    27.236976     0.000000
       6 RAD    120.4500000000000   TH     13.20000000 AIR
       6 EFILE EX1    26.712556    27.236976    27.490977
       7 RAD    255.0000000000000   TH      4.50000000
       7 N1 3.42403414 N2 3.42836910 N3 3.43782376
       7 DNDT  1.336E-04  1.336E-04  1.336E-04 1.40000E+00 7.50000E+00 1.60000E+01
       7 CTE   0.255000E-05
       7 GTB U    'SILICON         '
       7 EFILE EX1    27.355510    27.355510    27.609511     0.000000
       7 EFILE EX2    27.165926    27.355510     0.000000
       8 RAD   2025.0000000000000   TH    107.13635000 AIR
       8 EFILE EX1    27.165926    27.355510    27.609511
       9 RAD   -405.0000000000000   TH      0.00000000 AIR
     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。在命令窗口输入THERM TEST

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：

    CHG
    ALPHA A6061
    END

现在我们可以进行热分析。创建并运行如下新的MACro：

    THERM
    ATS 100 2   ！将100℃时镜头副本放到ACON2中，所有参数随温度变化而改变
    END

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65.828变化到65.625。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添加表面按钮。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：

    THERM
    COE 1 STYRENE
    TCHANGE 1
    5
    ATS 100 2
    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：

    ACON 1
    PANT
    VY 4 TH 1000 -1000
    VY 5 TH 1000 -1000
    END

    AANT
    ACON 1
    M 0 1 A DELF
    M 8.103249 1 A P YA 1

    GSO 0.5 5.332000 3 M 0
    GNO 0.5 1 3 M 0.5
    GNO 0.5 1 3 M 1.0

    ACON 2
    M 0 1 A DELF

    GSO 0.5 5.332000 3 M 0
    GNO 0.5 1 3 M 0.5
    GNO 0.5 1 3 M 1.0
    END

    SNAP
    SYNO 20 MULTI

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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