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。

SYNOPSYS 光學設計軟件課程三十五:無熱化紅外望遠鏡的圖1

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

SYNOPSYS 光學設計軟件課程三十五:無熱化紅外望遠鏡的圖2

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


SYNOPSYS 光學設計軟件課程三十五:無熱化紅外望遠鏡的圖3

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SYNOPSYS 光學設計軟件課程三十五:無熱化紅外望遠鏡的圖4在ACON 2中創建一個檢查點。 現在打開WorkSheet(單擊按鈕SYNOPSYS 光學設計軟件課程三十五:無熱化紅外望遠鏡的圖5),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。

SYNOPSYS 光學設計軟件課程三十五:無熱化紅外望遠鏡的圖6

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SYNOPSYS 光學設計軟件課程三十五:無熱化紅外望遠鏡的圖7。現在點擊圖中的透鏡表面4和5之間的軸。插入虛擬表面。

SYNOPSYS 光學設計軟件課程三十五:無熱化紅外望遠鏡的圖8

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


SYNOPSYS 光學設計軟件課程三十五:無熱化紅外望遠鏡的圖9

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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