在本課程種，我們將展示一個具有挑戰(zhàn)性的問題，然后利用這些工具，在短時間內，找到優(yōu)秀的設計。 我們將使用DSEARCH來獲取初始結構，然后使用其他功能來修改鏡頭結構，提高其性能。

（在本課中，我們將使用模擬退火功能進行搜索和優(yōu)化，因為它通常會返回最佳結果。但是，由于流程的隨機性，該功能并不總是返回相同的結果，因此如果運行這個練習本身，結果可能會有所不同。但整體質量通常大致相同。）

根據(jù)下面要求設計一個廣角目鏡。

視場角：90度。

出瞳距:15毫米或以上

望遠鏡目標的光束數(shù):F/8。

可見光譜:C、d、F夫瑯和費譜線。

0.58756微米的光程差 校正在d¼波長內或更好的

C(0.6563微米)和F(0.4876 um) 光程差校正½波長內或更好用

眼點處的光瞳像差不大于1/2 mm。

一個內部視場光闌，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。

望遠鏡物鏡距離2000mm。

目鏡必須不超過10個元件。 目鏡總長度不超過200毫米。

在這里我們將使用計算機來完成它的工作，設計師協(xié)助指導。

我們從零開始，使用DSEARCH讓計算機自行設計一個初始結構。這個程序的輸入如下所示。讀者可參閱SYNOPSYS用戶手冊以了解有關格式的描述。

    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                   ! keep the stop at the eye point

    STOP FREE

    QUICK 50 100

    FOV 0 .3 .6 .75 .9 1.  ! correct over five field points

    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  ! control eye relief

    M -.008 4 A P HH 1      ! aim light at objective to right

    M -.004 4 A P HH .5     ! and control pupil aberrations

    M -.0064 4 A P HH .8

    M 0 1 A P YA 1               ! and distortion too

    S GIHT

    END

    GO

    TIME

運行此命令，當搜索完成時，程序將顯示它找到的10個最佳配置的結構。 在DSEARCH上對該鏡頭進行優(yōu)化MACro并模擬退火后，鏡頭非常好，如下圖所示。

DSEARCH返回的最佳設計，優(yōu)化和退火

該圖顯示了波前差，均小于1/4波長。 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，當用戶掃描視場時，視場的一部分會變黑。我們必須進行檢查。

準備一個新的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

并運行它。這將進行下列工作:

1.去除表面18的YMT解 (通過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，像差就會得到控制。

運行此MACro，您會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，我們允許在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，這并不是沒有代價的; SPECIAL AANT部分的HH目標對任何表現(xiàn)出大的光瞳像差的解進行了控制。 您可以隨意調整這些目標的權重，根據(jù)您的喜好平衡所有誤差。

為目鏡計算的物鏡上的光瞳像差

目鏡已經處于衍射極限，但尚未完成，因為我們沒有控制在視場光闌處的圖像質量。

我們必須控制它 - 但是鏡頭還沒有視場光闌。 在WorkSheet中，單擊“Add Surface”按鈕，如下所示

選擇Add Surface 按鈕

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

并點擊Update�，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 ! CONTROL EYE RELIEF

    M -.01 5 A P HH 1  ! AIM LIGHT AT OBJECTIVE TO RIGHT M -.005 5 A P HH .5 ! AND CONTROL PUPIL ABERRATIONS

    M -.008 5 A P HH .8

    M 0 1 A P YA 1  ! AND DISTORTION TOO

    S GIHT

    END

    SNAP/DAMP 1

    SYNOPSYS   80

當你運行這個MACro時，圖像變得更糟！ 糾正視場光闌的彌散斑并不容易，程序必須進行權衡。 有經驗的人會注意到，您無法在視場光闌處用只有兩個在左側的冕牌玻璃元件校正橫向色差。 你需要一個火石玻璃元件 - 但我們會讓程序來完成。

鏡頭在增加一個透鏡之前，優(yōu)化視場光闌

是時候運行自動元件插入功能了。 在PANT命令之前，添加如下命令行

    AEI 6 1 123 0 0 1 0 0

再次運行MACro。 該程序在前端附近添加了一個火石玻璃元件，圖像更好了。 注釋掉AEI命令行，再次優(yōu)化，然后模擬退火。 評價函數(shù)降低了。

鏡頭通過添加新鏡片后重新優(yōu)化

你還必須注意像這樣的廣角設計中的中間視場點。 運行PAD掃描，您會看到校正的像差仍然低于1/4波長。

創(chuàng)建一個檢查點并輸入MRG以打開Real Glass菜單。 選擇Ohara目錄，Library 6，QUIET，SORT，然后單擊OK。

     --- ARGLASS 6 QUIET

    Lens number     6 ID EYEPIECE EXAMPLE

    GLASS S-FSL5Y          HAS BEEN ASSIGNED TO SURFACE  18; MERIT =   0.567006E-01

    GLASS S-LAL14          HAS BEEN ASSIGNED TO SURFACE   1; MERIT =   0.559695E-01

    GLASS S-LAL8           HAS BEEN ASSIGNED TO SURFACE  10; MERIT =   0.606200E-01

    GLASS S-LAL8           HAS BEEN ASSIGNED TO SURFACE   8; MERIT =   0.586577E-01

    GLASS S-NPH4           HAS BEEN ASSIGNED TO SURFACE   3; MERIT =   0.463717E-01

    GLASS S-NPH4           HAS BEEN ASSIGNED TO SURFACE  14; MERIT =   0.561651E-01

    GLASS S-NPH4           HAS BEEN ASSIGNED TO SURFACE   5; MERIT =   0.511101E-01

    GLASS S-NPH4           HAS BEEN ASSIGNED TO SURFACE  16; MERIT =   0.551983E-01

    GLASS S-LAH92          HAS BEEN ASSIGNED TO SURFACE  20; MERIT =   0.485848E-01

    GLASS S-LAH89          HAS BEEN ASSIGNED TO SURFACE  12; MERIT =   0.507509E-01

讓我們來看看畸變。 輸入GDIS 21 G. 根本不會發(fā)現(xiàn)任何的畸變。

最終設計的畸變圖

現(xiàn)在我們必須檢查在視場光闌處圖像的校正。 制作一個檢查點并輸入

    CHG

    7 MXSF

    END

這會截斷表面11處的鏡頭（它是暫時的，因此我們可以在視場光闌處評估圖像）。 只有TFAN會影響目視光闌處的清晰度。

使用光譜向導模擬10個波長，可見光譜，強光。 然后打開Image Tools Menu（MIT），選擇0.1 mm的參考尺寸，相干效果，HBAR = 1的點源，多色，然后單擊Process。

MIT對話框，帶有視場光闌邊緣上的點的圖像�？雌饋砗芮逦�。

實際上，視場光闌處的彌散斑接近于Y方向上的衍射極限。 恢復檢查點，以便評估最終圖像。

這個鏡頭似乎符合我們的每一個要求。 要進行驗證，請運行Spectrum Wizard（MSW）以定義可見光譜間隔的10個波長，然后運行OFPSPRD功能以顯示視場上的衍射圖案。 （使用MPF對話框;選擇Show visual appearance, Magnify 4）結果如下所示。

這個目鏡將產生一個無畸變的圖像。對光瞳像差的檢查顯示，在視場中光瞳的偏離小于允許的1/2毫米。

DSEARCH可以在幾秒鐘內探索設計樹的數(shù)百個分支，使用不同的輸入將探索其他分支。對于設計空間的研究，這是一個可以使用的工具。

這節(jié)課我們講了好幾次;有時結果并不像這個那么好，在一種情況下，我們只有9個元件的透鏡幾乎和這個10個元件的透鏡一樣好。DSEARCH可以在幾秒鐘內探索設計樹的數(shù)百個分支，使用稍微不同的輸入將探索其他分支。對于設計空間的研究，這是一個可以使用的工具。

新用戶可能想知道為什么本課要求對象類型OBD并激活WAP 1選項。這里有一些光學器件，理解它是個好主意。在設計這樣的目鏡時，就是所謂的“Ftheta”鏡頭。在普通的相機鏡頭中，人們希望圖像高度與物體高度成比例;那么沒有畸變。但是這在目鏡中是行不通的，因為目鏡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，從眼點追蹤），然后視場參數(shù)HBAR也指分數(shù)階角度，也不是高度。當糾正畸變時，角度是成比例的，并且視場星點之間的明顯角度間隔是恒定的，無論它們出現(xiàn)在視場中的哪個位置，正如人們所期望的那樣。由于角度放大率在場上是恒定的，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選項負責這一點。

我們從這節(jié)課中學到了什么？ 很明顯，數(shù)值方法是有效的。 經典的設計師將在這樣的設計上工作很多天，如果他們成功，他們會為結果感到自豪。 他們將對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間內產生出色的設計。 如果你的目標是以最低的成本獲得產品，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，請查看第三個CPLOT功能。