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SYNOPSYS 光学设计软件课程八: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:

    RLE
    ID F10 APO
    WAVL .6500000 .5500000 .4500000
    APS	3
    UNITS INCH
    OBB	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	AIR
    END

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。

    PANT
    VLIST RAD 1 2 3 4 5 7
    VLIST TH 2 4
    END

    AANT
    AEC
    ACC
    GSO	0	1 4 M 0 0
    GNO	0	.2 3 M .75 0
    GNO	0	.1 3 M 1.0 0
    END

    SNAP
    SYNO 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。

    CHG
    NOP
    END
    PLOT 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。