SYNOPSYS 光學設計軟件課程三十五:無熱化紅外望遠鏡
在本課中,我們將研究隨著溫度的變化,中紅外望遠鏡的圖像質量如何變化。 我們從下面的實例鏡頭開始。

這是示例鏡頭X11,我們調整了最后一個空氣間隔來改善焦點。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
鏡頭須在20到100℃的溫度范圍內保持聚焦。我們運行THERM程序,首先測試是否所有需要的系數都存在。在命令窗口輸入THERM TEST

這個鏡頭未為空氣間隔分配系數。我們用CHG文件來處理問題,分配鋁型6061的系數:
CHG
ALPHA A6061
END
現在我們可以進行熱分析。創建并運行如下新的MACro:
THERM
ATS 100 2 !將100℃時鏡頭副本放到ACON2中,所有參數隨溫度變化而改變
END

鏡頭發生離焦了。 我們必須糾正這一點。
有一種簡單的方法來判斷光線的軸向位移可能會帶來什么變化。首先,單擊按鈕
在ACON 2中創建一個檢查點。 現在打開WorkSheet(單擊按鈕
),然后單擊PAD選擇表面4。 我們猜測該空氣間隔的變化可能會改變焦點位置。 實際上,所需的變化量應該非常小,因此將速度滑塊滑到底部附近,然后將“間距”滑塊向右滑動,如圖所示。

圖像幾乎匯聚在焦點上,并且改變非常小,從65.828變化到65.625。 現在我們必須找出一種方法,使鏡片3以同樣的方向隨溫度移動。一個可行的方案是設計具有外套管的部分,外套管從表面4向右延伸,經過下一個鏡片,然后使用內套管返回并保持這些元件。 如果外套管由鋁制成,內部由塑料制成,則鏡片3的凈運動將小于全鋁套管的凈運動。
再次返回ACON 1,WorkSheet仍然打開,創建一個檢查點并單擊添加表面按鈕
。現在點擊圖中的透鏡表面4和5之間的軸。插入虛擬表面。

現在我們必須告訴程序,從表面5到表面6的膨脹系數與默認的鋁的熱膨脹系數不同。關閉WS并創建一個新的THERM文件:
THERM
COE 1 STYRENE
TCHANGE 1
5
ATS 100 2
END
我們運行這個程序,ACON 2確實發生了變化。現在的訣竅是找到外套管和內套管的長度,以便按照我們的意愿進行最佳補償。對于此任務,我們使用優化程序。這是我們的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

圖像質量有下降,但仍在合理范圍內,即使溫度發生變化,焦點仍然能夠保持聚焦。現在注意表面5的位置。這告訴你兩個套管必須延伸的地方及它們應該連接的位置。不受溫度影響并不困難。
我們已經為TH變量輸入了確定的限制,因為程序不會讓正TH變為負數。為了保持放大率不變,我們為主光線的YA添加了一個目標。您可以參考用戶手冊,以獲得有關此功能的完整。
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