本課程為小型望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)課程。
牛頓望遠(yuǎn)鏡
最經(jīng)典的是牛頓式望遠(yuǎn)鏡，除了光滑的反射鏡之外，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也較為簡單。 結(jié)構(gòu)輸入文件如下：
RLE
ID F/8 PARABOLA WITH DIAGONAL MIRROR
WAVL .6562700 .5875600 .4861300
APS 1
GLOBAL
UNITS INCH
OBB 0.000000 0.50000 5.00000
MARGIN 0.050000
BEVEL 0.010000
0 AIR
1 RAD -160.0000000000000 TH
1 CC -1.00000000
1 AIR
1 EFILE EX1 5.050680
1 EFILE EX2 4.900000
1 EFILE MIRROR 2.000000
1 REFLECTOR
2 EAO 1.34300000
2 CV 0.0000000000000
2 AIR
2 DECEN 0.00000000
2 AT 45.00000004
2 EFILE EX1 1.950000
2 EFILE EX2 1.950000
2 EFILE MIRROR -0.300000
2 REFLECTOR
3 CV 0.0000000000000
3 AIR
3 DECEN 0.00000000
3 AT 45.00000004
3 TH 10.00000001
3 YMT 0.00000000
4 CV 0.0000000000000
4 AIR
END
如下的PAD圖，將顯示整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：
通過OBB命令，可以將視場設(shè)置為0.5度：
OBB 0.000000 0.50000 5.00000 0.00000 0.00000 0.00000 5.00000
OBB的用法如下：
要在TrayPrompt中顯示此信息，只需在編輯器中選擇命令“OBB”。 然后程序會(huì)為您查找相關(guān)格式。 在這個(gè)輸入中，
• ump0 是入射的邊緣光線角度，對(duì)于無窮遠(yuǎn)處的物體為零。 （OBB格式主要用于那種情況。）
• upp0 是入射的主光線角度，這里是0.5度。
• ymp1 是入射的邊緣光線高度，這里是5英寸，使入射光束直徑為10英寸。
yp1是表面1上的主光線高度，為零是因?yàn)樗枪怅@，其余參數(shù)是在X-Z平面，因?yàn)橄堤崾禽S對(duì)稱的，我們可以忽略它。 如果您想了解更多，只需打開Object Wizard1 (MOW)，即可查看所有內(nèi)容并能得到解釋。
宏編輯器中的代碼易于閱讀。 聲明了平面1和2是反射面，主鏡上的圓錐常數(shù)是-1.0，使其成為拋物面。 EFILE數(shù)據(jù)用于定義透鏡的幾何邊緣形狀，而且定義反射鏡的厚度。 當(dāng)然，這對(duì)光線追跡沒有任何影響，但是在制作反射鏡的加工圖紙時(shí)，合適的邊緣才會(huì)適于加工。 我們將在第23課中更詳細(xì)地討論該主題。
上面的文件是令LEO（LEns Out）或LE（Lens Edit）的數(shù)據(jù)，并且包含完整的系統(tǒng)描述。
當(dāng)然，圖像在軸上是完美的，但是慧差很大，這是這個(gè)簡單系統(tǒng)的一個(gè)很大的缺陷。
慧差有多嚴(yán)重？ 在PAD中，選擇視圖2，（在PAD工具欄中單擊該編號(hào) 
），然后單擊PAD Bottom按鈕 。 在打開的對(duì)話框中，選擇OPD Fan Plots選項(xiàng)，然后單擊OK。
1 Object Wizard™是美國緬因州公司Optical Systems Design，Inc。的商標(biāo)。
是的，在外視場大概有兩個(gè)波長的慧差。
以下是如何獲得數(shù)據(jù)列表的：
SYNOPSYS AI>OPD ! The next command will be in OPD mode
SYNOPSYS AI>TFA 5 P 1 ! tangential fan, five rays, primary color, full field ID F/8 PARABOLA WITH DIAGONAL MIRROR
TANGENTIAL RAY FAN ANALYSIS
FRACT. OBJECT HEIGHT HBAR 1.000000 GBAR 0.000000
COLOR NUMBER 2
REL ENT PUPIL WAVEFRONT ABERR
YEN OPD (WAVES)
-1.000 -2.355059
-0.800 -1.271960
-0.600 -0.583027
-0.400 -0.200234
-0.200 -0.035356
0.200 -0.005883
0.400 0.035526
0.600 0.212506
0.800 0.613233
1.000 1.325667
轉(zhuǎn)到對(duì)話框MRR（Menu, Real Rays）或?qū)Ш讲藛螛�，然后在那里進(jìn)行選擇。但是輸入命令更快。
我們可以使用圖像工具（MIT）對(duì)話框。 輸入MIT，然后進(jìn)行如下所示的選擇。
這是消除三階慧差的一個(gè)例子。
嘗試使用“效果”部分中的“幾何”和“衍射”選項(xiàng)。 相干分析結(jié)果更平滑一些。 它使用2-D FFT算法，而衍射方法評(píng)估衍射積分，減小到約為Airy斑半徑的6倍。 相干選擇通常最適合點(diǎn)源，并且在這里肯定更好。
圖像質(zhì)量如何隨著圓錐常數(shù)的變化而變化？ SYNOPSYS可以回答這個(gè)問題。 在PAD中，單擊“檢查點(diǎn)”按鈕， 
然后轉(zhuǎn)到WorkSheet。 單擊表面1（或在框中輸入該數(shù)字，然后單擊“更新”）。 現(xiàn)在，使用鼠標(biāo)，選擇給出圓錐常數(shù)的整數(shù)：
然后單擊SEL按鈕。頂部滑塊現(xiàn)在控制該數(shù)值的變化。向左或向右拖動(dòng)滑塊并觀察PAD顯示。 這些滑塊為您提供了透鏡連續(xù)變化的效果。
我們現(xiàn)在將評(píng)估軸上的圖像質(zhì)量。在WS仍處于打開狀態(tài)時(shí)，在編輯窗格中輸入
1 CAI 1.4
然后單擊“更新”按鈕。 （CAI表示Clear Aperture，Inside。）現(xiàn)在，一個(gè)孔徑出現(xiàn)在主鏡像中。 再次單擊“檢查點(diǎn)”按鈕。 （每當(dāng)我們做出可能要返回的更改時(shí)，我們都會(huì)單擊它。）在CW中輸入CAP，您會(huì)看到列出的CAI數(shù)據(jù)：
SYNOPSYS AI>CAP
ID F/8 PARABOLA WITH DIAGONAL MIRROR CLEAR APERTURE DATA
(Y-coordinate only)
SURF X OR R-APER. Y-APER. REMARK X-OFFSET Y-OFFSET EFILE?
1 5.0007 Soft CAO *
1 1.4000 *User CAI *
2 1.3430 1.9000 *User EAO 0.0000 -0.1000 *
3 1.2378 Soft CAO
4 0.7006 Soft CAO
NOTE: CAO, CAI, EAO, and EAI input is semi-aperture.
RAO and RAI input is full aperture.
SYNOPSYS AI>
該系統(tǒng)有主要的默認(rèn)孔徑，盡管現(xiàn)在在表面1上存在用戶輸入的內(nèi)孔徑（CAI）以及表面2上的外橢圓孔徑（EAO）。 （菜單MLL（Menu, Lens Listings）也允許您運(yùn)行CAP命令。）讓我們在主鏡像上創(chuàng)建一個(gè)足跡。 使用菜單樹導(dǎo)航到MFP（或在CW中輸入MFP）。 然后進(jìn)行下面的選擇并單擊“執(zhí)行”。
現(xiàn)在你看到?jīng)]有光線的內(nèi)部孔徑。 這是一個(gè)巧妙的技巧：假設(shè)你不知道光線在哪里產(chǎn)生漸暈（有時(shí)會(huì)在復(fù)雜的透鏡里發(fā)生）。 以下是如何找到它們的方法：首先點(diǎn)擊鍵。 現(xiàn)在，單擊“開關(guān)”按鈕
，然后單擊單選按鈕以打開開關(guān)21。SYNOPSYS™具有近100個(gè)控制開關(guān)的模式，此功能可使多個(gè)功能顯示光闌的表面編號(hào)。 單擊“應(yīng)用”，然后再次運(yùn)行“足跡”命令。 它將創(chuàng)造一個(gè)如下的視圖
數(shù)字“1”表示每個(gè)漸暈光線的位置。
進(jìn)行圖像分析操作。 使用菜單樹或命令MOP轉(zhuǎn)到MOP對(duì)話框（Mtf OPtions）。 選擇MTF的Multicolor選項(xiàng)，然后單擊MTF按鈕。
這個(gè)遮擋確實(shí)使中頻處的MTF下降。
討論表面上的橢圓孔徑2。在WS中，選擇表面2，然后單擊按鈕 
以打開“編輯孔徑”對(duì)話框。 選擇用戶輸入的橢圓孔徑選項(xiàng); 單擊該按鈕可顯示另一個(gè)對(duì)話框，您可以根據(jù)需要更改數(shù)字。 對(duì)角鏡通常采用橢圓形邊緣，您可以在此處輸入數(shù)據(jù)。 （或者，只要您識(shí)別出WS編輯窗格中的數(shù)字，就可以編輯它們。）
施密特 - 卡塞格林望遠(yuǎn)鏡
RLE
ID CC SCHMIDT CASS ZERNIKE
FNAME 'SCT.RLE '
WAVL .6562700 .5875600 .4861300
APS 1
GLOBAL UNITS INCH
OBB 0.000000 0.40800 5.00000 0.00000 0.00000 0.00000 5.00000
MARGIN 0.050000
BEVEL 0.010000
0 AIR
1 CV 0.0000000000000 TH 0.25000000
1 N1 1.51981155 N2 1.52248493 N3 1.52859442
1 GTB S 'K5 '
1 EFILE EX1 5.050000 5.050000 5.060000 0.000000
1 EFILE EX2 5.050000 5.050000 0.000000
2 CV 0.0000000000000 TH 20.17115161 AIR
2 AIR
2 ZERNIKE 5.00000000 0.00000000 0.00000000
ZERNIKE 3 -0.00022795
ZERNIKE 8 0.00022117
ZERNIKE 15 -2.00317788E-07
ZERNIKE 24 -3.81789104E-08
ZERNIKE 35 -3.47468956E-07
ZERNIKE 36 3.76974435E-07
2 EFILE EX1 5.050000 5.050000 5.060000
3 CAI 1.68000000 0.00000000 0.00000000
3 RAD -56.8531404724216 TH -19.92114987 AIR
3 AIR
3 EFILE EX1 5.204230 5.204230 5.214230 0.000000
3 EFILE EX2 5.204230 5.204230 0.000000
3 EFILE MIRROR 1.250000
3 REFLEC TOR
4 RAD -23.7669696838233 TH 29.18770982 AIR
4 CC -1.54408563
4 AIR
4 EFILE EX1 1.555450 1.555450 1.555450 0.000000
4 EFILE EX2 1.545450 1.545450 0.000000
4 EFILE MIRROR -0.243545
4 REFLEC TOR
4 TH 29.18770982
4 YMT 0.00000000
BTH 0.01000000
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR
5 AIR
END
注意如何在PAD中的光扇圖上識(shí)別漸暈光線。 在這里也將遵循Switch 21（如果您更愿意看到默認(rèn)顯示，可以將其關(guān)閉）。
在SPEC列表中，您會(huì)看到表面2和4是非球面的，在半徑列后面用“O”表示
SYNOPSYS AI>SPEC
ID CC SCHMIDT CASS ZERNIKE LENS SPECIFICATIONS:
透鏡規(guī)格：
SYSTEM SPECIFICATIONS
OBJECT DISTANCE (TH0) INFINITE FOCAL LENGTH (FOCL) 98.1614
OBJECT HEIGHT (YPP0) INFINITE PARAXIAL FOCAL POINT 29.1777
MARG RAY HEIGHT (YMP1) 5.0000 IMAGE DISTANCE (BACK) 29.1877
MARG RAY ANGLE (UMP0) 0.0000 CELL LENGTH (TOTL) 0.5000
CHIEF RAY HEIGHT (YPP1) 0.0000 F/NUMBER (FNUM) 9.8161
CHIEF RAY ANGLE (UPP0) 0.4080 GAUSSIAN IMAGE HT(GIHT) 0.6992
ENTR PUPIL SEMI-APERTURE 5.0000 EXIT PUPIL SEMI-APERTURE 2.0218
ENTR PUPIL LOCATION 0.0000 EXIT PUPIL LOCATION -10.5157
WAVL (uM) .6562700 .5875600 .4861300
WEIGHTS 1.000000 1.000000 1.000000
COLOR ORDER 2 1 3
UNITS INCH
APERTURE STOP SURFACE (APS) 1 SEMI-APERTURE 5.00000
FOCAL MODE ON
MAGNIFICATION -9.81862E-11
GLOBAL OPTION ON
BTH OPTION ON, VALUE = 0.01000
GLASS INDEX FROM SCHOTT OR OHARA ADJUSTED FOR SYSTEM TEMPERATURE SYSTEM TEMPERATURE = 20.00 DEGREES C
POLARIZATION AND COATINGS ARE IGNORED.
SURFACE DATA
SURF RADIUS THICKNESS MEDIUM INDEX V-NUMBER
0 INFINITE INFINITE AIR
1 INFINITE 0.25000 K5 1.52248 59.49 SCHOTT
2 INFINITE O 20.17115 AIR
3 -56.85314 -19.92115 AIR <-
4 -23.76697 O 29.18771S 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
SPECIAL SURFACE DATA
SURFACE NO. 2 -- ZERNIKE POLYNOMIAL
APER. SIZE OVER WHICH ZERNIKE COEFF. ARE ORTHOGONAL (AP) 5.000000
TERM COEFFICIENT ZERNIKE POLYNOMIAL
3 -0.000228 2*R**2-1
8 0.000221 6*R**4-6*R**2+1
15 -2.003178E-07 20*R**6-30*R**4+12*R**2-1
24 -3.817891E-08 70*R**8-140*R**6+90*R**4-20*R**2+1
35 -3.474690E-07 252*R10-630*R8+560*R6-210*R4+30*R2-1
36 3.769744E-07 924*R12-2772*R10+3150*R8-1680*R6+420*R4-42*R2+1
SURFACE NO. 4 -- CONIC SURFACE CONIC CONSTANT (CC) -1.544086
SEMI-MAJOR AXIS (b) 43.682407 SEMI-MINOR AXIS (a) -32.221087
THIS LENS HAS NO TILTS OR DECENTERS SYNOPSYS AI>
表面2被定義為Zernike多項(xiàng)式非球面。 讓我們看看那個(gè)表面是什么樣的。 輸入
ADEF 2 PLOT
上圖中的黑色曲線顯示了表面和最貼近的球體的偏離，在這種情況下，球體非常接近平坦。
PAD中的光扇圖顯示系統(tǒng)沒有彗差和球差，盡管有一點(diǎn)點(diǎn)的色球差。 場曲比較明顯，由S光扇圖和T光扇圖表示。
讓我們從菜單樹開始，然后轉(zhuǎn)到MDI（Menu, Diffraction Image）。 選擇MPF（或只在CW中輸入MPF）。 選擇Show visual appearance并單擊Execute：
左下角的圖像是軸上圖像，而右上角是視場的邊緣圖像。讓我們以不同的格式來檢查它。 返回MPF，選擇Show as surface選項(xiàng)，并將Height從默認(rèn)值1更改為0。
實(shí)際上，視場的邊緣圖像非常模糊。
您可以通過更改WS中的值來編輯Zernike項(xiàng)，但是還有一個(gè)對(duì)話框，按多項(xiàng)式列出它們，您可以通過單擊按鈕 
從WS到達(dá)該對(duì)話框，您可以根據(jù)需要更改內(nèi)容：
繼電器望遠(yuǎn)鏡
這個(gè)例子是幾年前作者在地下室建造的中繼望遠(yuǎn)鏡。 1977年在Sky＆Telescope中描述了早期版本，但是這個(gè)版本有一個(gè)額外的中繼透鏡并且校正地更好。 它的文件名為4.RLE，您可以使用命令打開它
FETCH 4
您還可以打開MWL（Menu, Window, Lens）以查看當(dāng)前用戶目錄中的所有透鏡文件，并為您單擊的任何文件提供預(yù)覽窗格。
這里顯示的版本有一個(gè)16英寸直徑的平面鏡，所有表面都是球形的，與非球面設(shè)計(jì)相比，它易于加工。
該設(shè)計(jì)的有趣之處在于使用Mangin反射鏡，該反射鏡從表面2到表面4，再到表面3都是反射面，表面4與表面2重合。利用該元件，可以很好地校正球差和二次色差。 打開文件時(shí)，在CW中輸入LEO以檢查輸入文件。
透鏡形狀分析，主鏡的形狀在背面被磨成錐形，用EFILE輸入數(shù)據(jù)，用于描述元件的邊緣。 在PAD中，單擊按鈕， 
， 打開“邊緣向?qū)А保ɑ蜉斎隡EW，菜單，邊緣向?qū)В绻丛赪S中選擇，則選擇表面1。
您可以在此對(duì)話框中定義透鏡和反射鏡上最多五個(gè)點(diǎn)，如圖所示。對(duì)于反射面，兩個(gè)編輯框設(shè)置了反射鏡的厚度（這里是3英寸）和背面的錐角（這里是28度）。在這種情況下，點(diǎn)E標(biāo)記錐體的起點(diǎn)，距軸線4英寸。 單擊Next el 按鈕，程序跳轉(zhuǎn)到下一個(gè)透鏡的第一個(gè)側(cè)面。繼續(xù)查看A到E如何定義透鏡邊緣的形狀。 然后單擊按鈕
，可以閱讀有關(guān)邊緣定義或EFILE的數(shù)據(jù)并執(zhí)行所有操作。
在本課中，我們僅介紹了SYNOPSYS™中的部分功能。
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