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SYNOPSYS 光学设计软件课程八: 复消色差

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课程八:复消色差


       

     


本课程介绍比使用简单的双胶合透镜,使色差校正更好的透镜。Rutten&van Venrooij 的书《望远镜光学》(Telescope Optics)给出了如何设计的简要描述。它的要点是,必须使用满足某些特性的三种不同玻璃。可以通过检查玻璃库显示器选择它们。为了说明,我们将从使用 Schott 目录中的玻璃类型 N-SK4,N-KZFS4 和 N-BALF10 开始设计。以下是初始透镜结构:





























RLEID F10 APOWAVL .6500000 .5500000 .4500000APS  3UNITS INCHOBB  0.00  0.5    2.00000  -0.01194  0.00000  0.00000  2.00000    0 AIR    1  RAD    -300.4494760791975  TH  0.58187611    1  N1 1.60978880 N2 1.61494395 N3  1.62386887    1  GTB S  'N-SK4  '    2  RAD  -7.4819193194388  TH  0.31629961  AIR    2  AIR    3  RAD    -6.8555018049530  TH  0.26355283    3  N1 1.60953772 N2 1.61628830 N3  1.62823445    3  GTB S  'N-KZFS4  '    4  RAD    5.5272935517214  TH  0.04305983  AIR    4  AIR    5  RAD    5.6098999521052  TH  0.53300999    5  N1 1.66610392 N2 1.67304720 N3  1.68543133    5  GTB S  'N-BAF10  '    6  RAD    -27.9819596092866  TH  39.24611007  AIR    6  AIR    6  CV    -0.03573731    6  UMC    -0.05000000    6  TH    39.24611007    6  YMT    0.00000000    7  RAD    -11.2104527948015  TH  0.00000000  AIREND

打开此文件,打开 SketchPAD(PAD),然后单击 GlassTable 按钮。从打开的框中选择 Schott 列表。显示如下:

这显示了 Schott 玻璃库,单击图表按钮...

然后选择 Plot P(F,e) vs. Ve  

显示发生了变化,现在横坐标是 e 线的 V-number (0.54607 um),纵坐标是数量(NF – Ne)/(NF – NC)。

复消色差理论表明必须选择三个不在同一直线上的玻璃。 他们必须形成一个三角形,面积越大越好。 绿色圆圈显示的现有玻璃。他们工作得很好 - 但我们希望可以做得更好。

单击旁边带有数字“1”的绿色圆圈。 那是目前表面上的玻璃1,N-SK4。 现在单击 Properties 按钮,查看此玻璃的属性,如下所示。

这种玻璃物理性质不是那么稳定:湿度等级为 3,酸敏感度为 5.让我们看看我们是否能为第一个透镜找到更好的玻璃。 (第一个镜片将与空气接触,物理稳定性非常重要。)再次单击“图形”按钮,然后单击“酸敏感度”单选按钮,然后单击“确定”。 在绿色圆圈附近根据需要滑动鼠标滚轮,使局部图像变得更大,然后单击 Full Name 按钮

现在,您可以看到穿过玻璃位置的红色垂直线,显示酸敏感度。玻璃 N-SK4 的线条相当长,因为该玻璃不是很耐用。在左边你看到 N-BAK2,根本没有线(它是最好的类别)。在右侧窗口中显示玻璃名称的地方单击该位置...

再次单击“属性”按钮。很好!该玻璃的酸等级为1,耐湿性更好,价格也更低。 我们没有理由不使用它而是去使用之前的 N-SK4。 在表面框中输入表面编号(1),然后单击 \Apply/。 玻璃 N-BAK2 现在分配给表面1。
现在通过删除名称(click Spots Only),选择 Graph,来清除显示,然后选择 No Graph and OK。

当然透镜没有针对这种玻璃进行优化,因此我们必须运行优化程序。 这是一个可以完成这项工作的 MACro。

















PANTVLIST RAD 1 2 3 4 5 7VLIST TH 2 4END
AANTAECACCGSO  0  1 4 M 0 0GNO  0  .2 3 M .75 0GNO  0  .1 3 M 1.0 0END
SNAPSYNO 30

运行此 MACro。 我们得到一个更好的设计,制造更便宜,更耐用的元件,并在 0.45至 0.65 微米的范围内进行校正。 这是该设计的 RLE 文件:





























RLE    ID F10 APO    WAVL .6500000 .5500000 .4500000    APS           3    UNITS INCH    OBB  0.000000  0.50000   2.00000   -0.00652  0.00000   0.00000   2.00000        0  AIR        1 RAD  -167.6807592628928  TH  0.58187611        1 N1 1.53742490 N2 1.54188880 N3 1.54960358        1 CTE  0.800000E-05        1  GTB S  'N-BAK2  '        2   RAD  -7.0647888938302  TH  0.36076391 AIR        3   RAD  -6.5538674975636  TH  0.26355283        3  N1 1.60953772 N2 1.61628830 N3  1.62823445        3  CTE  0.730000E-05        3  GTB S  'N-KZFS4  '        4  RAD  5.3138288434095      TH  0.03937000  AIR        5  RAD  5.4083667709938      TH  0.53300999        5  N1 1.66610392 N2 1.67304720 N3  1.68543133        5  CTE  0.618000E-05        5  GTB S  'N-BAF10  '        6  RAD  -19.4177738787113  TH  39.42904372  AIR        6  CV  -0.05149921        6  UMC  -0.05000000        6  TH  39.42904372        6  YMT   0.00000000        7  RAD  -11.1931120564708  TH  0.00000000  AIR    END

让我们看看离焦在新设计中如何随色差变化。





CHGNOPENDPLOT DELF FOR WAVL = .45 TO .65

该分析显示在设计范围内的离焦约为 0.0026 英寸,并且是一个完美的 Airy 斑。(后者由图像工具(MIT)计算,其中 10 个波长分配给透镜,在中心产生良好的白斑,具有相干效果。)离焦不为零,因为程序已经平衡了与球差随波长变化的小偏移。两者都很小。(此版本在 L8L3.RLE。)我们如何分配 10 个波长? 使用 Spectrum Wizard(MSW)。请注意我们如何在这种情况下绘制 DELF 而不是 BACK,就像我们之前所做的那样。我们用 NOP 指令消除了所有的求解,所以后面的焦点现在已经固定了。但是,近轴离焦 DELF 现在随波长而变化。



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来源:武汉墨光
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首次发布时间:2023-01-11
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