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    [原創(chuàng)]SYNOPSYS 光學(xué)設(shè)計(jì)軟件課程三十七:自動(dòng)查找和更改鏡頭結(jié)構(gòu) [復(fù)制鏈接]

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    只看樓主 倒序閱讀 樓主  發(fā)表于: 2018-09-30
    — 本帖被 cyqdesign 從 光學(xué)理論,設(shè)計(jì)與產(chǎn)業(yè)化 移動(dòng)到本區(qū)(2018-12-29) —

    在本課程種,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                   ! 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(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。

    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]有控制在視場(chǎng)光闌處的圖像質(zhì)量。

    我們必須控制它 - 但是鏡頭還沒有視場(chǎng)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(diǎn)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(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(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),可見光譜,強(qiáng)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(diǎn)源,多色,然后單擊Process。

    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。 恢復(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Show visual appearance, Magnify 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。

    [ 此帖被optics1210在2019-01-24 13:47重新編輯 ]
     
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    只看該作者 1樓 發(fā)表于: 2020-06-10
    optics1210:你好,我有兩點(diǎn)困惑,a   焦面為什么要折回到目鏡里面15面附近,b   21面反射能量夠嗎?