我們將設(shè)計(jì)一個(gè)用于波長(zhǎng)1.06到1.97微米范圍內(nèi)的近紅外透鏡。
設(shè)計(jì)紅外透鏡時(shí)的挑戰(zhàn)是,尋找有用的光學(xué)材料且成本適宜。 本課程的任務(wù)是重新設(shè)計(jì)現(xiàn)有透鏡,用普通光學(xué)玻璃替換一些不需要的材料。 參考案例 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(gè)材料為ZNS的鏡片和一個(gè)材料為AS2S3的鏡片,共有四個(gè)鏡片。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(kāi)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(jì)搜索程序。 但首先我們必須做出判斷:如果我們只是運(yùn)行DSEARCH并讓它找到模型玻璃,它就不會(huì)得到任何在NIR上產(chǎn)生重大影響的玻璃。 (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(kāi)玻璃庫(kù)顯示(MGT),選擇Guangming列表,然后單擊圖表按鈕并選擇顯示的選項(xiàng)。
數(shù)據(jù)現(xiàn)在不在屏幕上,因此單擊顯示并使用鼠標(biāo)滾輪縮小,直到看到一組紅點(diǎn)。 然后用鼠標(biāo)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(gè)玻璃名稱(chēng):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(gè),然后使用全部四個(gè)進(jìn)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(shí)間內(nèi),該過(guò)程生成了它找到的10種最佳初始結(jié)構(gòu)的圖片。
我們現(xiàn)在有一個(gè)非常好的5片式透鏡,但它只有我們指定的兩種玻璃材料。 現(xiàn)在是時(shí)候進(jìn)行更全面的搜索了。
查看MACEARCH DSEARCH_OPT .MAC,DSEARCH為我們構(gòu)建了它,在新的編輯器窗口中打開(kāi)。
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(chēng)為NIR_OPT.MAC。 這是我們執(zhí)行GSEARCH時(shí)將反復(fù)運(yùn)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(gè)新的MACro(輸入AEE以打開(kāi)一個(gè)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(jìn)一步改善。 到目前為止,透鏡只有超過(guò)0.2波長(zhǎng)的像差
看起來(lái)我們得到一個(gè)解決方案! 幾乎沒(méi)有初級(jí)或二級(jí)色差。 我們成功地用普通玻璃替換了不需要的材料,同時(shí)性能也比原來(lái)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(jī)械方面也是合適,問(wèn)題就解決了。
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?yàn)橥哥R未處于偏振模式。)結(jié)果非常好!
但如果返回值太低怎么辦? 我們回到玻璃庫(kù)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(jì)完全取決于平衡,這些工具是最好的工具。