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解决方案

SYNOPSYS 光学设计软件课程二十一：设计无热化镜头

本课程将介绍如何设计一个必须在宽温度范围内保持对焦的镜头。

首先，我们必须讨论“achrotherm”的概念，它适用于同时校正色差和温度变化的镜头。这个理论实际上非常简单，你可以阅读Applied Optics Vol.33，NO.34，8009 - 8013（1994年12月1日）。

要设计这种系统，必须选择符合特殊要求的两种类型的玻璃。可以使用玻璃库显示（MGT）找到它们，在此处单击“图形Graph”按钮，然后选择“热属性Thermal”。

在这种情况下的图表显示横坐标上的数量1/V和纵坐标上的数量β。后者定义为

其中αg是玻璃的热膨胀系数，n是折射率，dn/ dt取自玻璃库。我们的想法是在图表上选择两种玻璃并绘制一条连接它们的线。将此线向右延伸至1/V等于零的位置。纵坐标轴读取的截距值是透镜绝热所需的壳体的CTE。

该特征需要知道壳体材料的热膨胀系数。我们打开镜头文件并声明该材料为铝6061：

    CHG
    ALPHA A6061
    END

现在我们可以使用玻璃库并选择一些可能的玻璃对。在MGT中，选择Ohara目录并查看热性能，如上所述。该程序在右侧绘制绿色符号。单击最左侧的玻璃，在该玻璃和符号之间画一条线。

连线的起点从玻璃S-NPH3开始。现在需要另一个接近同一条线的玻璃。 S-FPM3类型非常接近，所以这两种玻璃很适合配对。有第二组可能很有用，所以我们点击玻璃S-LAH79，然后在新线上看到S-FTL10型。

我们选择了四种玻璃类型。现在让我们设计一个使用这些玻璃的镜头，希望可以控制热性能。

我们创建了一个DSEARCH MACro，仅指定我们找到的前两个玻璃。首先查看性能，然后再查看一下热性能。可以从对话框MDS输入。单击“确定”时为其指定文件名，然后创建一个MACro，您可以根据需要进一步编辑。

    CORE 14
        DSEARCH 1  QUIET
         SYSTEM
         ID DSEARCH ATHERMAL
         OBB 0 25 2.5
         WAVL 0.6563 0.5876 0.4861

         UNITS MM
         END
         GOALS
         ELEMENTS 5
         FNUM 2
         BACK 0 0
         TOTL 10 0.1
         STOP MIDDLE
         STOP FREE
         RT 0.5
         FOV 0.0 0.75 1.0 0.0 0.0  FWT 5.0 3.0 1.0 1.0 1.0
         NPASS 40
        GLASS POSITIVE  O S-NPH3
        GLASS NEGATIVE
        O S-FPM3
         ANNEAL 200 20 Q
         COLORS 3
         SNAPSHOT 10
         QUICK 33 40
         END
         SPECIAL PANT

         END
         SPECIAL AANT
        END
         GO

我们运行它，并在一分钟内看到它找到的最佳镜头，如下所示。我们使用DSEARCH为我们创建的MACro对镜头进行了更多优化。像质非常好，至少在20摄氏度的温度下是这样的。

现在我们要检查热特性。在WorkSheet™（WS）中，将外壳指定为铝6061，如上所述。然后删除厚度求解，因此随着温度的变化镜头不会自动重新聚焦。在WS中，键入NTOP以删除求解。现在准备另一个MACro来启动此镜头的热分析。

    THERM
    ATS 50 2
    ATS 100 3
    END

运行此程序，程序将镜头的副本放在ACON 2中，重新计算50度，在ACON 3中设置100度。

单击ACON 2的按钮，......没有任何变化！光扇曲线看起来与ACON 1相同。ACON 3在100度时也几乎相同？

镜头非常令人满意。

如果达不到我们的要求怎么办？我们将优化三个ACON时候，控制像质。这应该能解决该问题。

我们也可以尝试使用其他的玻璃组。

本课程展示了如何使用SYNOPSYS™中的工具设计无热化镜头并不困难。