使用CODE V的2D-Q自由曲面設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)（1）

CODE V中使用了2D-Q自由曲面的系統(tǒng)性能優(yōu)化

我們已經(jīng)建立了一個初始設(shè)計，接下來我們將要設(shè)置系統(tǒng)的優(yōu)化。CODE V中的2D-Q自由曲面使這類非對稱設(shè)計的快速優(yōu)化成為可能。下圖顯示了如何在CODE V中設(shè)置自由曲面。

自由曲面的非球面項如何被添加到二次曲面基面的示意圖，支持X，Y偏移

這些自由曲面的非球面項可以幫助糾正視場由于系統(tǒng)折疊、偏心導(dǎo)致的非旋轉(zhuǎn)對稱像差。設(shè)計者可以在X和Y方向上應(yīng)用相對于局部坐標(biāo)的位置偏移。對于這個設(shè)計案例，我們選擇使用三個自由曲面。2D-Q可以實現(xiàn)具有高達(dá)38階的徑向階，供設(shè)計師在他們的工作中使用。在實際設(shè)計中，設(shè)計師應(yīng)該將項限制在滿足其特定設(shè)計要求所需的階數(shù)和方向上。

在這個案例中，我們允許自由曲面具有第5、第8和第9組的系數(shù)。我們可以設(shè)置非球面相對于每個基本二次曲面頂點(diǎn)在X, Y方向上的偏移量，并保持二次曲面常數(shù)接近零。X, Y的偏移量也被限制在較小的值上，從而產(chǎn)生具有合理斜率的曲面。為了實現(xiàn)具有良好成像性能的優(yōu)化設(shè)計，我們允許反射鏡的α和β角(關(guān)于局部坐標(biāo)系X和Y軸的傾斜)和它們相對于光軸的位置發(fā)生變化。我們使用64毫米瞳距的約束匹配一個普通的成年男性頭部。所有這些，再加上鏡面空氣間隙和曲率，為設(shè)計提供了全方位的優(yōu)化變量。

使用這些變量，并考慮了封裝約束，我們可以使用CODE V的Macro-PLUS™編程語言創(chuàng)建一個優(yōu)化腳本。在CODE V中，基于腳本的優(yōu)化可以便捷地與用戶圖形界面(GUI)交互優(yōu)化相結(jié)合，為設(shè)計師提供他們需要的最有效的靈活性。通過優(yōu)化腳本，我們能夠快速改善系統(tǒng)誤差函數(shù)的成像分量和約束分量。CODE V為設(shè)計人員提供了指定的誤差函數(shù)中不包含且僅在需要時才加入精確約束的能力，或者可以根據(jù)其特定的項目需求，相對于誤差函數(shù)的畸變部分來加權(quán)約束。在下面的圖中，您可以看到誤差函數(shù)的不同組成部分，以便在光學(xué)設(shè)計的某個階段中方便地查看。

總誤差函數(shù)(紅色)，像差分量(綠色)，和約束分量(藍(lán)色)Vs.優(yōu)化周期的示意圖

如同在任何項目中一樣，工程師必須利用他們的判斷力來決定何時停止紙上設(shè)計，何時轉(zhuǎn)向封裝和生產(chǎn)的最終設(shè)計。CODE V也提供了許多工具來幫助完成這項工作，我們將在下一節(jié)中描述這些工具。

未完待續(xù)......