[原創(chuàng)]近紅外透鏡設(shè)計：SYNOPSYS 光學(xué)設(shè)計軟件 [復(fù)制鏈接]

第8課展示了如何設(shè)計用于可見光譜的復(fù)消色差物鏡。現(xiàn)在我們將設(shè)計一個用于波長1.06到1.97微米范圍內(nèi)的近紅外透鏡。

設(shè)計紅外透鏡時的挑戰(zhàn)是尋找在光譜范圍內(nèi)有用且其成本吸引人的光學(xué)材料。 本課程的任務(wù)是重新設(shè)計現(xiàn)有透鏡，用普通光學(xué)玻璃替換一些不需要的材料。 參考系統(tǒng)為1.RLE，ID為MIT 1 TO 2UM LENS。 您可以檢查該透鏡并檢查其性能。 將光扇圖的比例設(shè)置為0.01 mm。

該透鏡有三個材料微ZNS的透鏡和一個材料為AS2S3透鏡，共有四個透鏡。我們希望盡可能避免使用這些材料。 我們需要匹配的一階屬性如下（尺寸以mm為單位）：

•    Entering beam radius 17.5

•    Chief-ray angle 0.935 degrees

•    Back focus distance 16.3

•    Cell length 50

讓我們從頭開始，而不是嘗試改變當(dāng)前透鏡中的材料，所有這些材料的折射率都大于2.0。 為此，我們將使用設(shè)計搜索程序。 但首先我們必須有些選擇：如果我們只是運行DSEARCH并讓它找到模型玻璃，它就不會得到任何在NIR上產(chǎn)生重大影響的不尋常的玻璃。 （該模型代表了所有玻璃的平均值。）所以我們必須引導(dǎo)它。

打開玻璃表顯示（MGT），選擇Guangming列表，然后單擊圖表按鈕并選擇顯示的選項。

數(shù)據(jù)現(xiàn)在不在屏幕上，因此單擊顯示并使用鼠標滾輪縮小，直到看到一組紅點。 然后用鼠標右鍵平移放大。單擊“Full Name”按鈕。 你應(yīng)該看到下面的顯示。

記下圈出的四個玻璃名稱：D-FK61，G-ZF52，H-ZH88和H-F51。 那些肯定與其它的玻璃不同。 我們將指示DSEARCH僅使用其中兩個，然后使用全部四個進行全面的玻璃搜索。

這是我們的SEARCH輸入：

    CORE 16 PROJ

    DSEARCH 3    QUIET    ! the best lens will show up in library location 3 (and also in PAD) SYSTEM            ! system requirements follow

    ID NIR EXAMPLE    ! lens identification OBB 0 .935 17.5    ! specify the object

    WAVL 1.97 1.53 1.06    ! and the wavelength range UNITS MM

    END

    GOALS    ! here we set the goals

    ELEMENTS 5    ! since glass has a lower index, we’ll ask for 5. FNUM 1.428

    BACK 16 .1

    TOTL 50 .1

    STOP FIRST    ! there seems to be no reason to let the stop position vary STOP FIX    ! so we put it in front and keep it there

    NPASS 100

    ANNEAL 200 20

    RSTART 300    ! a useful starting radius,

    TSTART 1    ! and this thickness on each element to start with QUICK 60 90

    FOV 0 .5 1

    FWT 2 1 1

    GLASS POS    ! positive elements will use this glass type G D-FK61

    GLASS NEG    ! and negative this type. G H-ZF88

    END

    SPECIAL    ! here we give requirements that are not defaults

    ACM 3 .1 1    ! auto edge control (AEC) and center thickness control (ACC) are defaults ACA    ! but we add to these ACM, so thicknesses do not get too thin, ACA,

    ASC    ! so rays do not approach the critical angle, and ASC so surfaces do not END    ! get too close to the hemisphere point.

    GO    ! this starts the process. PROJ

在不到一分鐘的時間內(nèi)，該過程生成了它找到的10種最佳配置的系統(tǒng)圖片。

我們現(xiàn)在有一個非常好的5元件透鏡，但它只有我們指定的兩種玻璃類型。 現(xiàn)在是時候進行更全面的搜索了。

查看MACEARCH DSEARCH_OPT .MAC，DSEARCH為我們方便地構(gòu)建了它，并且應(yīng)該在新的編輯器窗口中打開。

    PANT

    VLIST RD ALL VLIST TH ALL END

    AANT AEC

    ACC    P

    GSR    0.000000    2.000000    4    M    0.000000

    GNR    0.000000    1.000000    4    M    0.500000

    GNR    0.000000    1.000000    4    M    1.000000

    M    0.160000E+02    0.100000E+00    A BACK

    M    0.500000E+02    0.100000E+00    A TOTL

    ACM 3 .1 1    ! AUTO EDGE CONTROL (AEC) AND CENTER THICKNESS CONTROL (ACC) ARE DEFAULTS ACA    ! BUT WE ADD TO THESE ACM, SO THICKNESSES DO NOT GET TOO THIN, ACA,

    ASC    ! SO RAYS DO NOT APPROACH THE CRITICAL ANGLE, AND ASC SO SURFACES DO NOT END

    SNAP/DAMP 1

    SYNOPSYS    100

保存此MACro，保存名稱為NIR_OPT.MAC。 這是我們執(zhí)行GSEARCH時將反復(fù)運行的優(yōu)化MACro，它將決定哪些玻璃應(yīng)該放在哪些元件上。

現(xiàn)在創(chuàng)建一個新的MACro（輸入AEE以打開一個新編輯器，并在下面輸入數(shù)據(jù)）

    CORE 16

    GSEARCH 3 QUIET LOG SURF

    1 3 5 7 9

    END

    OFILE 'NIR_OPT.MAC' NAMES

    G G-ZF52 G D-FK61 G H-ZF88 G H-F51

    END USE 2 GO

透鏡進一步改善。 到目前為止，透鏡只有超過0.2波長的像差

看起來我們有一個解決方案！ 幾乎沒有初級或二級色差。 我們成功地用普通玻璃替換了不需要的材料，同時性能也比原來好得多。

任務(wù)完成！ 這是最終透鏡的SPEC列表：

    SYNOPSYS>SPE

    ID NIR EXAMPLE

    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000010110    22

    LENS SPECIFICATIONS:

    SYSTEM SPECIFICATIONS

    OBJECT DISTANCE    (TH0)    INFINITE    FOCAL LENGTH    (FOCL)    49.9800

    OBJECT HEIGHT    (YPP0)    INFINITE    PARAXIAL FOCAL    POINT    15.9992

    MARG RAY HEIGHT    (YMP1)    17.5000    IMAGE DISTANCE    (BACK)    15.9992

    MARG RAY ANGLE    (UMP0)    0.0000    CELL LENGTH    (TOTL)    50.0025

    CHIEF RAY HEIGHT    (YPP1)    0.0000    F/NUMBER    (FNUM)    1.4280

    CHIEF RAY ANGLE    (UPP0)    0.9350    GAUSSIAN IMAGE    HT(GIHT)    0.8157

    ENTR    PUPIL SEMI-APERTURE    17.5000    EXIT PUPIL SEMI-APERTURE    24.7688

    ENTR    PUPIL LOCATION    0.0000    EXIT PUPIL LOCATION    -54.7406

    WAVL (uM) 1.970000 1.530000 1.060000

    WEIGHTS    1.000000 1.000000 1.000000

    COLOR ORDER    2    1    3

    UNITS    MM

    APERTURE STOP SURFACE (APS)    1    SEMI-APERTURE    17.53054

    FOCAL MODE    ON

    MAGNIFICATION    -4.99800E-11 POLARIZATION AND COATINGS ARE IGNORED. SURFACE DATA

    SURF    RADIUS    THICKNESS    MEDIUM    INDEX    V-NUMBER

    0    INFINITE    INFINITE    AIR

    1    83.04964    4.55863    D-FK61    1.48647    78.02 GUANGMIN

    2    -90.13577    1.76097    AIR

    3    -61.20988    2.89016    H-ZF88    1.87811    26.89 GUANGMIN

    4    -136.80545    1.00000    AIR

    5    26.01458    5.71573    D-FK61    1.48647    78.02 GUANGMIN

    6    83.59388    25.92496    AIR

    7    24.21580    2.91205    D-FK61    1.48647    78.02 GUANGMIN

    8    117.43058    2.36412    AIR

    9    -24.23661    2.87587    H-F51    1.60755    25.46 GUANGMIN

    10    -40.27187S    15.99923S    AIR

    IMG    INFINITE

    KEY TO SYMBOLS

    A    SURFACE    HAS TILTS AND DECENTERS    B    TAG ON SURFACE

    G    SURFACE    IS IN GLOBAL COORDINATES    L    SURFACE IS IN LOCAL COORDINATES

    O    SPECIAL    SURFACE TYPE    P    ITEM IS SUBJECT TO PICKUP

    S    ITEM IS    SUBJECT TO SOLVE    M    SURFACE HAS MELT INDEX DATA

    T    ITEM IS    TARGET OF A PICKUP

    THIS LENS HAS NO SPECIAL SURFACE TYPES THIS LENS HAS NO TILTS OR DECENTERS SYNOPSYS>

如果這些透鏡機械方面也是合適，問題就解決了。

除了...... 1.97微米的透射率是多少？ 輸入FIND TRANS IN COLOR 1.它返回98.18％。 （此處膜層被忽略，因為透鏡未處于偏振模式。）非常好！

但如果返回值太低怎么辦？ 好吧，然后回到玻璃地圖并顯示1.97微米的吸收 - 并選擇具有較短數(shù)據(jù)條的玻璃。 畢竟，透鏡設(shè)計完全取決于平衡，使用這些工具可以很容易地獲得最好的工具。