在本課程中，我們將展示一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，然后利用這些工具，在短時(shí)間內(nèi)，找到優(yōu)秀的設(shè)計(jì)。我們將使用DSEARCH來(lái)獲取初始結(jié)構(gòu)，然后使用其他功能來(lái)修改鏡頭結(jié)構(gòu)，提高其性能。
（在本課中，我們將使用模擬退火功能進(jìn)行搜索和優(yōu)化，因?yàn)樗ǔ?huì)返回最佳結(jié)果。但是，由于流程的隨機(jī)性，該功能并不總是返回相同的結(jié)果，因此如果運(yùn)行這個(gè)練習(xí)本身，結(jié)果可能會(huì)有所不同。但整體質(zhì)量通常大致相同。）
根據(jù)下面要求設(shè)計(jì)一個(gè)廣角目鏡。 視場(chǎng)角：90度。 出瞳距:15毫米或以上 望遠(yuǎn)鏡目標(biāo)的光束數(shù):F/8。 可見(jiàn)光譜:C、d、F夫瑯和費(fèi)譜線。 0.58756微米的光程差 校正在d¼波長(zhǎng)內(nèi)或更好的 C(0.6563微米)和F(0.4876 um) 光程差校正½波長(zhǎng)內(nèi)或更好用 眼點(diǎn)處的光瞳像差不大于1/2 mm。 一個(gè)內(nèi)部視場(chǎng)光闌，其中子午圖像誤差必須不大于在局部F /number光束中艾里斑的兩倍。 望遠(yuǎn)鏡物鏡距離2000mm。 目鏡必須不超過(guò)10個(gè)元件。目鏡總長(zhǎng)度不超過(guò)200毫米。
在這里我們將使用計(jì)算機(jī)來(lái)完成它的工作，設(shè)計(jì)師協(xié)助指導(dǎo)。
我們從零開(kāi)始，使用DSEARCH讓計(jì)算機(jī)自行設(shè)計(jì)一個(gè)初始結(jié)構(gòu)。這個(gè)程序的輸入如下所示。讀者可參閱SYNOPSYS用戶手冊(cè)以了解有關(guān)格式的描述。
LOG
TIME
CORE 14
DSEARCH 5 QUIET
SYSTEM
ID EYEPIECE EXAMPLE
OBD 1.0E9 45 1.27
UNI MM
WAVL CDF
WAP 1
END
GOALS
ELEMENTS 9
TOTL 200 .01
BACK 0 0
FNUM 8.0 10
ASTART 10
THSTART 10
RSTART 400
RT 0.0
NPASS 80
DELAY OFF
ANNEAL 100 25 Q
SNAP 10
TOPD
STOP FIRST
STOP FREE
QUICK 50 100
FOV 0 .3 .6 .75 .9 1. ! 正確的超過(guò)5個(gè)視場(chǎng)點(diǎn)
FWT 3 1 1 1 1 1
END
SPECIAL AANT
ACA 50 1 1
ADT 10 .1 1
M 15 1 A P YA 1 0 0 0 1 ! 控制眼距
M -.008 4 A P HH 1 ! 將燈光瞄準(zhǔn)目標(biāo)的右側(cè)
M -.004 4 A P HH .5 ! 控制光瞳像差
M -.0064 4 A P HH .8
M 0 1 A P YA 1
S GIHT
END
GO
TIME
運(yùn)行此命令，當(dāng)搜索完成時(shí)，程序?qū)@示它找到的10個(gè)最佳配置的結(jié)構(gòu)。 在DSEARCH上對(duì)該鏡頭進(jìn)行優(yōu)化MACro并模擬退火后，鏡頭非常好，如下圖所示。
DSEARCH返回的最佳設(shè)計(jì)，優(yōu)化和退火
該圖顯示了波前差，均小于1/4波長(zhǎng)。到現(xiàn)在為止還挺好。但是，還必須觀察并糾正這些廣角目鏡中的光瞳像差。如果這些像差太大，當(dāng)用戶掃描視場(chǎng)時(shí)，視場(chǎng)的一部分會(huì)變黑。我們必須進(jìn)行檢查。
準(zhǔn)備一個(gè)新的MACro 如下:
STO 9
CHG
NOP
18 TH 2000
19 YMT
20
END
STEPS = 100
PLOT YA ON 19 FOR HBAR =0 TO 1 GET 9
并運(yùn)行它。這將進(jìn)行下列工作:
1.去除表面18的YMT解 (通過(guò)NOP，去除所有的解)。
2.將表面19放置在距離為2000毫米的位置。這將模擬在該距離處的望遠(yuǎn)鏡物鏡。
3.將YMT求解分配到曲面19，然后聚焦于表面20。
4.聲明表面20。
5.繪制一幅在表面19上的主光線截距圖。如果光線都落在表面19的中心附近，像差就會(huì)得到控制。
運(yùn)行此MACro，您會(huì)看到物體處的光瞳像差，如下所示。F / 8，在2000mm的距離處，物鏡的直徑將為250mm。因此，6毫米的主光線誤差僅為物鏡尺寸的2.4％左右，我們?cè)试S在2.54毫米的入射光瞳上存在約1/2毫米像差，或約20％的像差，因此我們判斷這種修正程度令人滿意。然而，這并不是沒(méi)有代價(jià)的; SPECIAL AANT部分的HH目標(biāo)對(duì)任何表現(xiàn)出大的光瞳像差的解進(jìn)行了控制。您可以隨意調(diào)整這些目標(biāo)的權(quán)重，根據(jù)您的喜好平衡所有誤差。
在命令窗口中輸入PLOT YA ON 19 FOR HBAR = 0 TO 1
為目鏡計(jì)算的物鏡上的光瞳像差
目鏡已經(jīng)處于衍射極限，但尚未完成，因?yàn)槲覀儧](méi)有控制在視場(chǎng)光闌處的圖像質(zhì)量。
我們必須控制它 - 但是鏡頭還沒(méi)有視場(chǎng)光闌。在WorkSheet中，單擊“添加表面”按鈕，如下所示
然后單擊曲面3和4之間的軸。如圖所示，添加表面
帶有附加表面的鏡頭
現(xiàn)在在WS編輯窗格中輸入5 FLAG
并點(diǎn)擊更新�，F(xiàn)在您可以在AANT文件中使用該名稱引用該表面。編輯DSEARCH為您生成的MACro。
PANT
VY 0 YP1
VLIST RD ALL
VLIST TH ALL
VLIST GLM ALL
END
AANT P
AEC 3 1 1
ACM 3 1 1
ACC
GTR 0 2 4 P 1 0 FLAG
GTR 0 2 4 1 1 0 FLAG
GTR 0 2 4 3 1 0 FLAG
M 0 10 A 1 YA 1 0 0 0 FLAG
S 3 YA 1 0 0 0 FLAG
M 0.125000E+00 0.100000E+02 A CONST 1.0 / DIV FNUM
GSR 0.000000 3.000000 4 M 0.000000
GNR 0.000000 1.000000 4 M 0.300000
GNR 0.000000 1.000000 4 M 0.600000
GNR 0.000000 1.000000 4 M 0.750000
GNR 0.000000 1.000000 4 M 0.900000
GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000
GSO 0.000000 0.281753 4 M 0.000000
GNO 0.000000 0.093918 4 M 0.300000
GNO 0.000000 0.093918 4 M 0.600000
GNO 0.000000 0.093918 4 M 0.750000
GNO 0.000000 0.093918 4 M 0.900000
GNO 0.000000 0.093918 4 M 1.000000
M 0.200000E+03 0.100000E-01 A TOTL
ACA 50 1 1
M 15 1 A P YA 1 0 0 0 1 ! 控制眼距
M -.01 5 A P HH 1 ! 瞄準(zhǔn)物鏡右側(cè)的光
M -.005 5 A P HH .5 ! 控制光瞳像差
M -.008 5 A P HH .8
M 0 1 A P YA 1 ! 失真也是如此
S GIHT
END
SNAP/DAMP 1
SYNOPSYS 80
當(dāng)你運(yùn)行這個(gè)MACro時(shí)，圖像變得更糟！ 糾正視場(chǎng)光闌的彌散斑并不容易，程序必須進(jìn)行權(quán)衡。有經(jīng)驗(yàn)的人會(huì)注意到，您無(wú)法在視場(chǎng)光闌處用只有兩個(gè)在左側(cè)的冕牌玻璃元件校正橫向色差。 你需要一個(gè)火石玻璃元件 - 但我們會(huì)讓程序來(lái)完成。
鏡頭在增加一個(gè)透鏡之前，優(yōu)化視場(chǎng)光闌
是時(shí)候運(yùn)行自動(dòng)元件插入功能了。在PANT命令之前，添加如下命令行
AEI 6 1 123 0 0 1 0 0
再次運(yùn)行MACro。 該程序在前端附近添加了一個(gè)火石玻璃元件，圖像更好了。 注釋掉AEI命令行，再次優(yōu)化，然后模擬退火。評(píng)價(jià)函數(shù)降低了。
鏡頭通過(guò)添加新鏡片后重新優(yōu)化
你還必須注意像這樣的廣角設(shè)計(jì)中的中間視場(chǎng)點(diǎn)。運(yùn)行PAD掃描，您會(huì)看到校正的像差仍然低于1/4波長(zhǎng)。
創(chuàng)建一個(gè)檢查點(diǎn)并輸入MRG以打開(kāi)Real Glass菜單。選擇Ohara目錄，玻璃庫(kù) 6，安靜，SORT，然后單擊OK。
讓我們來(lái)看看畸變。 輸入GDIS 21 G. 根本不會(huì)發(fā)現(xiàn)任何的畸變。
最終設(shè)計(jì)的畸變圖
現(xiàn)在我們必須檢查在視場(chǎng)光闌處圖像的校正。制作一個(gè)檢查點(diǎn)并輸入
CHG
7 MXSF
END
這會(huì)截?cái)啾砻?1處的鏡頭（它是暫時(shí)的，因此我們可以在視場(chǎng)光闌處評(píng)估圖像）。只有TFAN會(huì)影響目視光闌處的清晰度。
使用光譜向?qū)M10個(gè)波長(zhǎng)，可見(jiàn)光譜，強(qiáng)光。 然后打開(kāi)圖像工具菜單（MIT），選擇0.1 mm的參考尺寸，相干效果，HBAR = 1的點(diǎn)源，多色，然后單擊處理。
MIT對(duì)話框，帶有視場(chǎng)光闌邊緣上的點(diǎn)的圖像�？雌饋�(lái)很清晰。
實(shí)際上，視場(chǎng)光闌處的彌散斑接近于Y方向上的衍射極限�；謴�(fù)檢查點(diǎn)，以便評(píng)估最終圖像。
這個(gè)鏡頭似乎符合我們的每一個(gè)要求。要進(jìn)行驗(yàn)證，請(qǐng)運(yùn)行Spectrum Wizard（MSW）以定義可見(jiàn)光譜間隔的10個(gè)波長(zhǎng)，然后運(yùn)行OFPSPRD功能以顯示視場(chǎng)上的衍射圖案。（使用MPF對(duì)話框;選擇顯示視覺(jué)外觀, 放大4）結(jié)果如下所示。
這個(gè)目鏡將產(chǎn)生一個(gè)無(wú)畸變的圖像。對(duì)光瞳像差的檢查顯示，在視場(chǎng)中光瞳的偏離小于允許的1/2毫米。DSEARCH可以在幾秒鐘內(nèi)探索設(shè)計(jì)樹(shù)的數(shù)百個(gè)分支，使用不同的輸入將探索其他分支。對(duì)于設(shè)計(jì)空間的研究，這是一個(gè)可以使用的工具。
這節(jié)課我們講了好幾次;有時(shí)結(jié)果并不像這個(gè)那么好，在一種情況下，我們只有9個(gè)元件的透鏡幾乎和這個(gè)10個(gè)元件的透鏡一樣好。DSEARCH可以在幾秒鐘內(nèi)探索設(shè)計(jì)樹(shù)的數(shù)百個(gè)分支，使用稍微不同的輸入將探索其他分支。對(duì)于設(shè)計(jì)空間的研究，這是一個(gè)可以使用的工具。
新用戶可能想知道為什么本課要求對(duì)象類型OBD并激活WAP 1選項(xiàng)。這里有一些光學(xué)器件，理解它是個(gè)好主意。在設(shè)計(jì)這樣的目鏡時(shí)，就是所謂的“Ftheta”鏡頭。在普通的相機(jī)鏡頭中，人們希望圖像高度與物體高度成比例;那么沒(méi)有畸變。但是這在目鏡中是行不通的，因?yàn)槟跨R需要物體和圖像的角度成比例，而不是高度成比例。物體OBD指定物體角度（此處為45度，從眼點(diǎn)追蹤），然后視場(chǎng)參數(shù)HBAR也指分?jǐn)?shù)階角度，也不是高度。當(dāng)糾正畸變時(shí)，角度是成比例的，并且視場(chǎng)星點(diǎn)之間的明顯角度間隔是恒定的，無(wú)論它們出現(xiàn)在視場(chǎng)中的哪個(gè)位置，正如人們所期望的那樣。由于角度放大率在場(chǎng)上是恒定的，根據(jù)拉格朗日定律，入射光束（在眼睛處）的直徑也是恒定的。WAP 1選項(xiàng)負(fù)責(zé)這一點(diǎn)。
我們從這節(jié)課中學(xué)到了什么？很明顯，數(shù)值方法是有效的。經(jīng)典的設(shè)計(jì)師將在這樣的設(shè)計(jì)上工作很多天，如果他們成功，他們會(huì)為結(jié)果感到自豪。他們將對(duì)哪些元素糾正哪些像差等有所了解。另一方面，本課中使用的數(shù)值工具將在很短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生出色的設(shè)計(jì)。如果你的目標(biāo)是以最低的成本獲得產(chǎn)品，不管它是如何工作的，那么數(shù)值方法顯然是最有效的。如果您想知道它是如何工作的，請(qǐng)查看第三個(gè)CPLOT功能。
