SYNOPSYS 光學(xué)設(shè)計(jì)軟件課程三十一：超消色差
本課將探索SYNOPSYS的一個(gè)獨(dú)特功能，當(dāng)您需要出色的色差校正時(shí)，它可以提供幫助，甚至比復(fù)消色差更好。
假設(shè)您正在設(shè)計(jì)一個(gè)在0.4到0.9微米范圍內(nèi)使用的鏡頭。你能用復(fù)消色差嗎？讓我們來看看。這是一個(gè)初始結(jié)構(gòu)的RLE文件，除了最后一個(gè)表面外，所有表面都是平的，這將為我們提供一個(gè)6英寸孔徑 F / 8望遠(yuǎn)鏡物鏡。（復(fù)制這些行并將它們粘貼到MACro編輯器中。）
RLE
ID WIDE SPECTRAL RANGE EXAMPLE
OBB 0 .25 3
UNITS INCH
1 GLM 1.6 50
3 GLM 1.6 50
5 GLM 1.6 50
6 UMC -0.0625 YMT
7
1 TH .6
2 TH .1
3 TH .6
4 TH .1
5 TH .6
END
我們還沒有指定波長，所以我們得到了默認(rèn)的CdF光線。我們需要改變這一點(diǎn)。打開光譜向?qū)В∕SW）對(duì)話框，然后更改指示的點(diǎn)。
單擊“獲取光譜”按鈕后，單擊“應(yīng)用于鏡頭”按鈕。鏡頭現(xiàn)在有更廣泛的光譜。這是我們的起始鏡頭，在SketchPad顯示屏中
結(jié)果很差，需要優(yōu)化。讓我們優(yōu)化它，改變玻璃模型。制作一個(gè)MACro：
LOG
STO 9
PANT
VLIST RAD 1 2 3 4 5
VLIST TH ALL AIR
VLIST GLM ALL
END
AANT
END
SNAP
SYNOPSYS 50
現(xiàn)在將鼠標(biāo)放在AANT命令后的空行上，然后單擊按鈕
。默認(rèn)選擇評(píng)價(jià)函數(shù)6，因此只需單擊返回宏編輯器按鈕即可。這給了我們一個(gè)簡單的評(píng)價(jià)函數(shù)：
LOG
STO 9
PANT
VLIST RAD 1 2 3 4 5
VLIST TH ALL AIR
VLIST GLM ALL
END
AANT
AEC
ACC
LUL 4 1 1 A TOTL
GSR .5 10 5 M 0
GNR .5 2 3 M .7
GNR .5 1 3 M 1
END
SNAP
SYNOPSYS 50
在這里，要校正所有10種波長。是時(shí)候進(jìn)行優(yōu)化了。運(yùn)行MACro并模擬退火。鏡頭變得更好，但仍然不太理想：
該透鏡具有曲率求解，并且在每個(gè)波長下程序?qū)⒅匦掠?jì)算它。（我們當(dāng)然不希望這種情況發(fā)生�。┮虼�，我們制作了第二個(gè)MACro，如下所示：
STORE 9
STEPS = 50
CHG
NOP
END
PLOT DELF FOR WAVL = .365 TO 0.9 GET
9
此文件刪除所有的求解（和拾取，如果有的話），然后繪制離焦。然后，它以相同的方式得到鏡頭。
這是色差校正后的曲線：
當(dāng)然，這對(duì)于玻璃模型是有效的，通常我們會(huì)替換成真正的玻璃并重新優(yōu)化。 但目前我們有一個(gè)消色差，校正了兩個(gè)波長。因?yàn)槲覀兛梢栽趫D表上畫一條水平線，它會(huì)在兩個(gè)地方與曲線相交。我們認(rèn)為這種校正對(duì)我們來說不夠好。 現(xiàn)在是時(shí)候?qū)W習(xí)制作“超消色差”了。 首先，我們將展示如何使用SYNOPSYS的玻璃地圖功能自己找到合適的鏡片組合。然后我們將展示程序如何自動(dòng)完成任務(wù)。
超消色差一詞是馬克斯•赫茨伯格在1963年在《應(yīng)用光學(xué)》上發(fā)表的一篇論文中首創(chuàng)的。他的理論說，如果你制作一個(gè)玻璃庫的圖表，其中的坐標(biāo)軸是P*和P**的值，然后選擇三個(gè)在一條直線上的玻璃，就有可能同時(shí)校正四個(gè)波長。P*是指部分色散(NF - N*)/(NF - NC)，其中F和C為0.4861和0.6563的夫瑯和費(fèi)譜線，N*為1.014的IR譜線。N**是0.365 um的UV線，給你一個(gè)類似的P**的方程。
我們將簡要概述手工操作的程序，以便您知道如何操作。
屏幕上的SYNOPSYS玻璃圖可以向我們展示我們的需求。 鍵入MGT以打開“玻璃表選擇”對(duì)話框并選擇O（Ohara）目錄。顯示玻璃圖時(shí)，單擊“圖形”按鈕，然后選擇底部選項(xiàng)。
在此圖表中，您可以看到每個(gè)元件的模型的當(dāng)前位置（紅色圓圈）。他們有點(diǎn)緊湊，但這是一個(gè)很短的路線。您需要做的是調(diào)整線條，使其連接三種玻璃類型，最好是盡可能長的線條。您往往選擇靠近的底部的火石玻璃，并按單擊其中一個(gè)。這就把線的底部放在那個(gè)玻璃上。然后在分布的頂部附近選擇一個(gè)玻璃，然后單擊鍵將其放在那里�，F(xiàn)在選擇靠近該線中心的第三個(gè)玻璃，并盡可能靠近它。寫下這三個(gè)玻璃的名字。
我們有三種潛在的超消色差鏡。它們是S-PHM52型、S-NPH5型和S-TIL27型。您還可以顯示相對(duì)成本和其他屬性，以幫助您選擇三個(gè)可接受的玻璃。然后你把這三種玻璃鏡插入鏡頭并進(jìn)行優(yōu)化。如果不能得到滿意的鏡頭，你可以根據(jù)相同的操作選擇不同的三個(gè)的組合。這個(gè)過程相當(dāng)繁瑣，但通常都很有效。
另一個(gè)步驟是讓程序?yàn)槟x擇玻璃組合。在CW中輸入
FST的意思是找到超消色差三片鏡。該輸入將檢查Ohara和Schott編目中所有玻璃類型的組合，并對(duì)最適合超消色差的10種進(jìn)行評(píng)級(jí)。在命令窗口中輸入FST，該程序發(fā)現(xiàn)以下內(nèi)容:
這種方法優(yōu)于手工操作，因?yàn)樗梢詫⒉煌瑥S家的玻璃結(jié)合在一起。例如，組合5是由一個(gè)Ohara玻璃和兩個(gè)來Schott的玻璃。讓我們?cè)囋囘@個(gè)組合。我們編輯優(yōu)化MACro，如下所示。(這里，我們使用了現(xiàn)成的評(píng)價(jià)函數(shù)8，它校正了橫向色差和OPD畸變的組合，然后調(diào)整了權(quán)重。)
LOG
STO 9
CHG
1 GTB O 'S-FPL55'
3 GTB S 'N-SSK8'
5 GTB S 'SF1'
END
PANT
VLIST RAD 1 2 3 4 5
VLIST TH ALL
!VLIST GLM ALL
END
AANT
AEC
ACC
ADT 6 1 1
ACM .5 1 .1
LUL 4 1 1 A TOTL
AEC
ACC
GSR .5 10 5 M 0
GNR .5 5 3 M .7
GNR .5 4 3 M 1
GSO 0 0.003916 5 M 0
GNO 0 0.003 3 M .7
GNO 0 0.002 3 M 1
END
SNAP
SYNOPSYS 50
在運(yùn)行了這個(gè)程序和模擬退火之后，我們得到了一個(gè)透鏡，在從第一個(gè)波長和中間波長，在全場上都被校正的很好，盡管第10個(gè)波長（0.4um）并沒有像其他波長那樣被矯正的那么好。
我們猜測(cè)三種玻璃的順序。有六種可能的組合，通過嘗試，我們發(fā)現(xiàn)5 1 3的順序更好。我們以同樣的方式進(jìn)行，查看FST返回的每個(gè)組合。第六組更好:
現(xiàn)在我們?cè)谡麄�(gè)（非常寬）光譜區(qū)域上校正到大約四分之一波長。我們的第二個(gè)MACro現(xiàn)在展示了什么？
輸入
STORE 9
STEPS = 50
CHG
NOP
END
PLOT DELF FOR WAVL = .365 TO 0.9 GET
當(dāng)然，它是在三種波長上校正的，但我們的目標(biāo)是四種波長。為什么曲線在右端不會(huì)再上升，就像一個(gè)真正的超消色差設(shè)計(jì)?這個(gè)程序在評(píng)價(jià)函數(shù)中平衡了一切，而不僅僅是軸向色差，少量的色球差使它稍微偏離。不過，這是一個(gè)很好的鏡頭!
