SYNOPSYS提供可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)自由曲面的過程。閱讀幫助文件中的FFBUILD。我們將展示如何設(shè)計(jì)一個(gè)具有自由曲面的反射系統(tǒng)。
第一步是初略的列出幾何圖形。這里有一個(gè)離軸三反鏡的例子:
光將從表面1的左側(cè)進(jìn)入，打到2,3和4的反射鏡，然后進(jìn)入5處的圖像平面。這是FFBUILD的輸入：
FFBUILD
SYSTEM
ID EXAMPLE FFBUILD
OBB 0 2 25 0
WAVL CDF
UNI MM
CFOV
END
GEOM
2 MIRROR 0 0 140
3 MIRROR 0 40 30
4 MIRROR 0 40 120
5 IMAGE 0 -30 60 -10 10
END
SHAPES
2 ZERN
3 ZERN
4 ZERN
END
在這個(gè)例子中，反射鏡將被分配Zernike多項(xiàng)式，它接受多達(dá)36個(gè)系數(shù)，這些系數(shù)是表面上極坐標(biāo)的函數(shù)。 由于FFBUILD僅支持具有雙邊對(duì)稱性的設(shè)計(jì)，因此不會(huì)使用X中的非對(duì)稱項(xiàng)。
以上輸入包含：圓形半視場(chǎng)角為2度，半孔徑為25毫米。我們運(yùn)行上面的輸入文件，它將產(chǎn)生兩個(gè)結(jié)果：一個(gè)鏡像系統(tǒng)（目前有平面）和一個(gè)優(yōu)化MACro，它包含了完善這個(gè)設(shè)計(jì)所需的大部分輸入。系統(tǒng)如下：
優(yōu)化 MACro 的命令行很長(zhǎng)，包含了Y和Z中鏡面的角度和全局位置的變量，以及鏡面上的Zernike系數(shù)的變量。但是，大多數(shù)變量都被注釋掉了，因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)，如果您首先粗略地設(shè)計(jì)出只有半徑和角度變化的設(shè)計(jì)，然后根據(jù)需要逐漸添加其他變量，那么這個(gè)過程會(huì)更好。這是 MACro 的一部分;綠色的命令行被注釋掉了。
PANT
SKIP
VY 2 YG
VY 2 ZG
VY 3 YG
VY 3 ZG
VY 4 YG
VY 4 ZG
VY 5 YG
VY 5 ZG
EOS
VY 2 RAD
! VY 2 CC 10 -10
! VY 2 G 2
! VY 2 G 3
! VY 2 G 4
! VY 2 G 7
! VY 2 G 8
! VY 2 G 10
! VY 2 G 11
! VY 2 G 14
! VY 2 G 15
! VY 2 G 16
! VY 2 G 19
! VY 2 G 20
! VY 2 G 23
! VY 2 G 24
! VY 2 G 26
! VY 2 G 27
! VY 2 G 30
! VY 2 G 31
! VY 2 G 34
! VY 2 G 35
! VY 2 G 36 ! VY 2 G 39
…
大多數(shù)命令由操作數(shù)組成，操作數(shù)將控制光束在反射鏡之間反射時(shí)的間隙。 以下是該部分的一部分：
LLL 1.0000 1 1.0000
A P CCLEAR 1 0 1 0 1 3
S CAO 3
LLL 1.0000 1 1.0000
A P CCLEAR 1 0 -1 0 1 3
S CAO 3
LLL 1.0000 1 1.0000
A P CCLEAR -1 0 1 0 1 3
S CAO 3
LLL 1.0000 1 1.0000
A P CCLEAR -1 0 -1 0 1 3
S CAO 3
LLL 1.0000 1 1.0000
A P CCLEAR 0 0 1 0 1 3
S CAO 3
LLL 1.0000 1 1.0000
A P CCLEAR 0 0 -1 0 1 3
S CAO 3
LLL 1.0000 1 1.0000
A P CCLEAR 1 0 1 0 1 4
S CAO 4
LLL 1.0000 1 1.0000
A P CCLEAR 1 0 -1 0 1 4
S CAO 4
在該輸入中，程序已經(jīng)在表面1和2之間的全視場(chǎng)上邊緣光線，與表面3相交的點(diǎn)與該表面的通光孔徑半徑（CAO）之間的差值上，指定了1mm的下限。 結(jié)果，如果該交叉點(diǎn)落在該通光孔徑內(nèi)，則評(píng)價(jià)函數(shù)會(huì)受到優(yōu)化，但是如果光線通過該孔徑，則不會(huì)被優(yōu)化。 該程序還為反射鏡分配了DCCR表面屬性，因此，默認(rèn)的通光孔徑是在子午面的光線所要求的極值點(diǎn)之間，而不是默認(rèn)的頂點(diǎn)處。 剩余的CCLEAR項(xiàng)控制每個(gè)反射鏡對(duì)和其他反射鏡之間的視場(chǎng)頂部和底部的上邊緣光線和下邊緣光線之間的間隙。 有許多組合，它們都必須受到控制。
評(píng)價(jià)函數(shù)包含YZ平面中要求七個(gè)點(diǎn)的GNR和傾斜方向視場(chǎng)中的一個(gè)點(diǎn)（因?yàn)槲覀儗FOV指令放在SYSTEM文件中），并使用GDR控制X和Y方向上的畸變（因?yàn)槲覀?在GEOM部分中的IMAGE行的詞6和7中放了一個(gè)所需圖像大小的數(shù)據(jù)）。
GDR 0 1 4 P 0.100000E+02 -0.100000E+02
運(yùn)行這個(gè)MACro。 這將初始設(shè)計(jì)逐步改進(jìn)。 運(yùn)行后，系統(tǒng)看起來更合理。
像面處在在正確的位置，光束很好地形成了像。
我們通過在全視場(chǎng)控制YA來間接指定焦距。 控制FOCL本身并不是一個(gè)好主意，因?yàn)镕OCL是一種近軸屬性，對(duì)于像這樣的折疊系統(tǒng)沒有多大意義。 我們想要的是在圖像上和下視場(chǎng)點(diǎn)之間的距離為20毫米。 如上所述，程序通過GDR控制此操作。
我們的系統(tǒng)目前還不太好。理應(yīng)設(shè)置其他一些變量。慢慢地改變這個(gè)系統(tǒng)是明智的，所以我們要慢慢優(yōu)化。因此，我們通過刪除命令行前的“!”來移除G2到G8變量表面的的注釋字符“!”。
VY 2 RAD
! VY 2 CC 10 -10
VY 2 G 2
VY 2 G 3
VY 2 G 4
VY 2 G 7
VY 2 G 8
! VY 2 G 10
…
對(duì)表面3和4執(zhí)行相同操作，然后運(yùn)行MACro并再次模擬退火。 評(píng)價(jià)函數(shù)下降了。 并繼續(xù)釋放變量G 11到G 20。評(píng)價(jià)函數(shù)下降到0.018。 這是很明顯的進(jìn)步。 現(xiàn)在釋放剩余的G變量以及圓錐常數(shù)CC，并在YG和ZG變量上注釋掉SKIP指令。 （如果你自己運(yùn)行這個(gè)操作，結(jié)果通常有所不同，因?yàn)槟M退火階段將隨機(jī)性納入過程。但總體質(zhì)量通常是相似的。）評(píng)價(jià)函數(shù)已降至0.011。 結(jié)果非常好。
您可能想知道為什么我們一開始就不讓CC變化。表面從平面開始，不能把圓錐常數(shù)賦給平面。所以我們要等到平面變成曲面后才能改變CC。現(xiàn)在評(píng)估我們目前的結(jié)果。 轉(zhuǎn)到MAP對(duì)話框（MMA）并要求在物點(diǎn)網(wǎng)格，物點(diǎn)CREC，光線圖樣CREC 9，顯示圓圈，EANALOG比例1.0和執(zhí)行的網(wǎng)格上繪制波前差的圖案。
波前在子午方向和弧矢方向上非常好，但在邊緣視場(chǎng)不太好。我們?cè)偬砑觾蓚�(gè)GNR命令。
這是AANT文件的相關(guān)部分：
GNR 0 1 4 P 0
GNR 0 1 4 P 1
GNR 0 1 4 P -1
GNR 0 1 4 P .7
GNR 0 1 4 P -.7
GNR 0 1 4 P .3
GNR 0 1 4 P -.3
GNR 0 1 4 P 0 1 0 F
GNR 0 1 4 P .7 .7 0 F
GNR 0 1 4 P -.7 .7 0 F
最后兩行控制有問題的傾斜視場(chǎng)點(diǎn)。 我們運(yùn)行它并模擬退火，現(xiàn)在MAP顯示波像差分布更均勻。 （注意比例變化。）
現(xiàn)在我們需要直接控制OPD。 我們復(fù)制所有GNR行并在它們下面粘貼一份副本。 然后我們將新命令行中的GNR更改為GNO。 這將糾正OPD而不是橫向色差。 我們還將這些命令行的權(quán)重更改為0.1而不是1.0。 （一個(gè)波長(zhǎng)的OPD遠(yuǎn)優(yōu)于1毫米的彌散斑。）波前差稍微好了一點(diǎn)，但邊緣視場(chǎng)角仍然需要注意。 我們將GNO的權(quán)重增加到0.2。 以這種方式進(jìn)行，我們調(diào)整那些顯示最大方差的視場(chǎng)點(diǎn)的權(quán)重，并保持優(yōu)化和模擬退火。 我們讓這些目標(biāo)和權(quán)重取得了很好的平衡：
GNR 0 1 4 P 0
GNR 0 1 4 P 1
GNR 0 1 4 P -1
GNR 0 1 4 P .7
GNR 0 1 4 P -.7
GNR 0 1 4 P .3
GNR 0 1 4 P -.3
GNR 0 1 4 P 0 1 0 F
GNR 0 1 4 P .7 .7 0 F
GNR 0 1 4 P -.7 .7 0 F
GNO 0 .2 5 P 0
GNO 0 .2 5 P 1
GNO 0 .2 5 P -1
GNO 0 .1 5 P .7
GNO 0 .1 5 P -.7
GNO 0 .1 5 P .3
GNO 0 .1 5 P -.3
GNO 0 .2 5 P 0 1 0 F GNO 0 .2 5 P .7 .7 0 F
GNO 0 .2 5 P -.7 .7 0 F
我們還將GNO設(shè)置的網(wǎng)格數(shù)更改為5而不是4。
我們來看看結(jié)果。 最差的視場(chǎng)點(diǎn)是GBAR 0.33。 這是由MDI對(duì)話框創(chuàng)建的圖像。
所有其他的點(diǎn)都更好。這是個(gè)不錯(cuò)的設(shè)計(jì)。讓我們假設(shè)這個(gè)應(yīng)用程序，我們將使用一個(gè)CCD陣列傳感器，像素為10微米，這看起來很好。
你可以從RSOLID得到更好的視圖，它只顯示去中心CAO內(nèi)部的部分表面。但首先，我們進(jìn)入Edge向?qū)?MEW)，選擇Create All，并根據(jù)需要調(diào)整鏡像的厚度。現(xiàn)在反射鏡被賦予了真實(shí)的邊緣和厚度。然后我們創(chuàng)建一個(gè)RSOLID圖片：
我們的自由曲面反射系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成。
現(xiàn)在我們可以看看產(chǎn)生的形狀。 請(qǐng)輸入以下命令
FFA 2 0 RSAG SURF
生成下面的圖片，顯示實(shí)際形狀和基本對(duì)稱形狀之間的差異：
要查看輪廓，我們使用FFA 2 0 RSAG CONTOUR
實(shí)際表面的形狀由FFA 2 0 SAG CONTOUR給出：
以這種方式進(jìn)行，我們可以看看所有反射鏡的形狀。
畸變?cè)趺礃樱?GDR請(qǐng)求也很好地處理了。 這是命令GDIS 31的圖片。一點(diǎn)也不差。
還有一個(gè)問題是：如何測(cè)試這些反射鏡？ 最簡(jiǎn)單的方法是在干涉儀中針對(duì)已知半徑的參考波前進(jìn)行測(cè)試時(shí)觀察條紋。 FFA也可以證明這一點(diǎn)。 以下是命令FFA 2 0 RFRINGES的輸出：
如果你看到這種條紋斑圖，反射鏡是完美的。
這就是人們?nèi)绾问褂酶呒?jí)工具設(shè)計(jì)自由形式的鏡像系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)為您完成大部分工作。
現(xiàn)在由您和加工場(chǎng)進(jìn)行足夠的溝通，以便他們了解結(jié)果并正確地制作零件。 以下是一些指示：
1.在本例中，surface 4是按照我們的要求由Zernike項(xiàng)定義的。變量g39改變了擴(kuò)張的中心點(diǎn)——因此它不在頂點(diǎn)。而后者也不在通光孔徑的中心。有三個(gè)中心點(diǎn)需要考慮。
2.在將這些數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給加工場(chǎng)時(shí)，請(qǐng)確保它們理解相關(guān)參數(shù)的坐標(biāo)系統(tǒng)和位置
查看FFA的其他功能。 您可以在曲面上創(chuàng)建一個(gè)sags表，這對(duì)于運(yùn)行精密銑削設(shè)備的技術(shù)人員來說非常重要。
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