在本課程中,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(shè)計。我們將使用DSEARCH來獲取初始結(jié)構(gòu),然后使用其他功能來修改鏡頭結(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(xí)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(shè)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(shè)計師協(xié)助指導(dǎo)。
我們從零開始,使用DSEARCH讓計算機自行設(shè)計一個初始結(jié)構(gòu)。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(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5個視場點
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 ! 將燈光瞄準目標的右側(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(gòu)。 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(shè)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(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“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(quán)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(shè)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,玻璃庫 6,安靜,SORT,然后單擊OK。
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(shè)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的點源,多色,然后單擊處理。
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;謴(fù)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;選擇顯示視覺外觀, 放大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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(xué)器件,理解它是個好主意。在設(shè)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(zé)這一點。
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)計師將在這樣的設(shè)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(shè)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。