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(nèi)，找到優(yōu)秀的設計。 我們將使用DSEARCH來獲取初始結(jié)構，然后使用其他功能來修改鏡頭結(jié)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(jié)果。但是，由于流程的隨機性，該功能并不總是返回相同的結(jié)果，因此如果運行這個練習本身，結(jié)果可能會有所不同。但整體質(zhì)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(nèi)或更好的
C(0.6563微米)和F(0.4876 um) 光程差校正½波長內(nèi)或更好用
眼點處的光瞳像差不大于1/2 mm。
一個內(nèi)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(jié)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?qū)@示它找到的10個最佳配置的結(jié)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(diào)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(jīng)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(zhì)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。現(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(jīng)驗的人會注意到，您無法在視場光闌處用只有兩個在左側(cè)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?qū)M10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(jié)果如下所示。
這個目鏡將產(chǎn)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(nèi)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(jié)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(nèi)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(jīng)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(jié)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(nèi)產(chǎn)生出色的設計。 如果你的目標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，請查看第三個CPLOT功能。
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