首页 -> 登录 -> 注册 -> 回复主题 -> 发表主题
光行天下 -> SYNOPSYS -> SYNOPSYS 光学设计软件课程四:业余望远镜 [点此返回论坛查看本帖完整版本] [打印本页]

optics1210 2018-08-20 15:19

SYNOPSYS 光学设计软件课程四:业余望远镜

m$_b\^we  
mEbI\!}H0  
本课程为小型望远镜的设计课程。 \yu7,v  
牛顿望远镜 t^KQ*8clG  
最经典的是牛顿式望远镜,除了光滑的反射镜之外,系统结构也较为简单。 结构输入文件如下:

e.skE>&  
    RLE a_V\[V{R=  
    ID F/8 PARABOLA WITH DIAGONAL MIRROR L2,2Sn*4i  
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 QM#Vl19>j(  
        APS    1 &hO-6(^I  
        GLOBAL DtFHh/X  
        UNITS INCH *d3-[HwZCL  
        OBB    0.000000    0.50000    5.00000 (^35cj{s  
        MARGIN    0.050000 ^S 3G%{"  
        BEVEL    0.010000 RARA_tii  
            0 AIR $Yt|XT+!&  
            1 RAD    -160.0000000000000    TH ;_vhKU)%J#  
            1 CC    -1.00000000 BLy V~   
            1 AIR gDVsi  
            1    EFILE EX1    5.050680 Wu^Rv-xA  
            1    EFILE EX2    4.900000 vI I{i  
            1    EFILE MIRROR    2.000000 Ba@~:  
            1    REFLECTOR Vf&U`K  
            2    EAO    1.34300000 >jsY'Bm  
            2    CV    0.0000000000000 ;ND$4$  
            2    AIR :31_WJ^  
            2    DECEN    0.00000000 JI[8n$pr]  
            2    AT    45.00000004 ea"X$<s>-  
            2    EFILE EX1    1.950000 xeSch?}  
            2    EFILE EX2    1.950000 'RV96lX<  
            2    EFILE MIRROR    -0.300000 pOXI*0_g.  
            2    REFLECTOR Yi%lWbr  
            3    CV    0.0000000000000 }bv+^#  
            3    AIR } +}nrJv  
            3    DECEN    0.00000000 oI{.{]  
            3    AT    45.00000004 c$ !?4z_.  
            3    TH    10.00000001 Q3 8+`EhLA  
            3    YMT    0.00000000 T0tX%_6`  
            4    CV    0.0000000000000 7.hBc;%2u  
            4    AIR q$:7j5E  
        END
S-S%IdL  
Wp>t\S~N  
如下的PAD图,将显示整个光学系统结构:
VGc*aQYa  
通过OBB命令,可以将视场设置为0.5度:
}ouGxs+^[  
    OBB 0.000000    0.50000 5.00000 0.00000 0.00000 0.00000 5.00000
s#s">hMrI  
p>7qyZ8  
OBB的用法如下:
?Ts]zO%%Z  
要在TrayPrompt中显示此信息,只需在编辑器中选择命令“OBB”。 然后程序会为您查找相关格式。 在这个输入中, b!]O]dk#  
•    ump0 是入射的边缘光线角度,对于无穷远处的物体为零。 (OBB格式主要用于那种情况。) k9}8xpH  
•    upp0 是入射的主光线角度,这里是0.5度。 &))d],tJX  
•    ymp1 是入射的边缘光线高度,这里是5英寸,使入射光束直径为10英寸。 1 %P-X!  
yp1是表面1上的主光线高度,为零是因为它是光阑,其余参数是在X-Z平面,因为系提是轴对称的,我们可以忽略它。 如果您想了解更多,只需打开Object Wizard1 (MOW),即可查看所有内容并能得到解释。 }#FV{C]  
宏编辑器中的代码易于阅读。 声明了平面1和2是反射面,主镜上的圆锥常数是-1.0,使其成为抛物面。 EFILE数据用于定义透镜的几何边缘形状,而且定义反射镜的厚度。 当然,这对光线追迹没有任何影响,但是在制作反射镜的加工图纸时,合适的边缘才会适于加工。 我们将在第23课中更详细地讨论该主题。 HLW_Y|QaFo  
上面的文件是令LEO(LEns Out)或LE(Lens Edit)的数据,并且包含完整的系统描述。 S&` 6pN  
当然,图像在轴上是完美的,但是慧差很大,这是这个简单系统的一个很大的缺陷。 X[o+Y@bc  
慧差有多严重? 在PAD中,选择视图2,(在PAD工具栏中单击该编号 ),然后单击PAD Bottom按钮 。 在打开的对话框中,选择OPD Fan Plots选项,然后单击OK。
8M*+ |  
1 Object Wizard™是美国缅因州公司Optical Systems Design,Inc。的商标。
Y1-dpML  
是的,在外视场大概有两个波长的慧差。 R'k `0  
以下是如何获得数据列表的:
Zo<)r2|O.  
    SYNOPSYS AI>OPD    ! The next command will be in OPD mode $Q/@5f'T`9  
    SYNOPSYS AI>TFA 5 P 1    ! tangential fan, five rays, primary color, full field ID F/8 PARABOLA WITH DIAGONAL MIRROR e P@#I^_  
    TANGENTIAL RAY FAN ANALYSIS jw:z2:0~  
.t_t)'L  
    FRACT. OBJECT HEIGHT    HBAR    1.000000    GBAR    0.000000 A3a//e  
    COLOR NUMBER    2 |#2WN-  
    REL ENT PUPIL    WAVEFRONT ABERR 8gP1]xD  
        YEN        OPD (WAVES) idYB.]Y(  
3J#LxYK  
        -1.000    -2.355059 7 ~~ug  
        -0.800    -1.271960 ?}KRAtJ8  
        -0.600    -0.583027 a<<4gXx  
        -0.400    -0.200234 NfvPE]S  
        -0.200    -0.035356 ,W}:vdC  
        0.200    -0.005883 >9{?&#]x  
        0.400    0.035526 GOc   
        0.600    0.212506 5skN'*oG  
        0.800    0.613233 G4@r_VP\  
        1.000    1.325667
_eKO:Y[e  
,u `xneOs  
转到对话框MRR(Menu, Real Rays)或导航菜单树,然后在那里进行选择。但是输入命令更快。 7[1Lh'u  
我们可以使用图像工具(MIT)对话框。 输入MIT,然后进行如下所示的选择。
M@cFcykK  
这是消除三阶慧差的一个例子。 = wD#H@h  
尝试使用“效果”部分中的“几何”和“衍射”选项。 相干分析结果更平滑一些。 它使用2-D FFT算法,而衍射方法评估衍射积分,减小到约为Airy斑半径的6倍。 相干选择通常最适合点源,并且在这里肯定更好。 uyWheR  
图像质量如何随着圆锥常数的变化而变化? SYNOPSYS可以回答这个问题。 在PAD中,单击“检查点”按钮, 然后转到WorkSheet。 单击表面1(或在框中输入该数字,然后单击“更新”)。 现在,使用鼠标,选择给出圆锥常数的整数:
Z~J]I|R:  
然后单击SEL按钮。顶部滑块现在控制该数值的变化。向左或向右拖动滑块并观察PAD显示。 这些滑块为您提供了透镜连续变化的效果。 >5CK&6  
我们现在将评估轴上的图像质量。在WS仍处于打开状态时,在编辑窗格中输入
Pf[E..HF*d  
   1 CAI 1.4
M`cxxDj&j  
axnlI*!  
然后单击“更新”按钮。 (CAI表示Clear Aperture,Inside。)现在,一个孔径出现在主镜像中。 再次单击“检查点”按钮。 (每当我们做出可能要返回的更改时,我们都会单击它。)在CW中输入CAP,您会看到列出的CAI数据:
/pj[c;aO  
    SYNOPSYS AI>CAP `MU~N_  
    ID F/8 PARABOLA WITH DIAGONAL MIRROR CLEAR APERTURE DATA 0vv~G\yM  
    (Y-coordinate only) !/}3/iU  
NI s7v  
    SURF    X OR R-APER. Y-APER.    REMARK     X-OFFSET    Y-OFFSET    EFILE? iJzBd7  
%zcA|SefP  
        1     5.0007                Soft    CAO            * (.4lsKN<  
        1     1.4000                *User    CAI            * }^&S^N 7  
        2     1.3430      1.9000      *User    EAO     0.0000     -0.1000    * <F7a!$zQ  
        3     1.2378                Soft    CAO [~9UsHfH  
        4     0.7006                Soft    CAO 1[!:|=  
DG;7+2U  
    NOTE: CAO, CAI, EAO, and EAI input is semi-aperture. sy"}25s  
        RAO and RAI input is full aperture. O%EA ,5U.  
    SYNOPSYS AI>
o !tC{"g  
JXc.?{LL  
该系统有主要的默认孔径,尽管现在在表面1上存在用户输入的内孔径(CAI)以及表面2上的外椭圆孔径(EAO)。 (菜单MLL(Menu, Lens Listings)也允许您运行CAP命令。)让我们在主镜像上创建一个足迹。 使用菜单树导航到MFP(或在CW中输入MFP)。 然后进行下面的选择并单击“执行”。
 pQiC#4b  
现在你看到没有光线的内部孔径。 这是一个巧妙的技巧:假设你不知道光线在哪里产生渐晕(有时会在复杂的透镜里发生)。 以下是如何找到它们的方法:首先点击键。 现在,单击“开关”按钮 ,然后单击单选按钮以打开开关21。SYNOPSYS™具有近100个控制开关的模式,此功能可使多个功能显示光阑的表面编号。 单击“应用”,然后再次运行“足迹”命令。 它将创造一个如下的视图
,Pa*; o\  
数字“1”表示每个渐晕光线的位置。 "/'3I/}  
进行图像分析操作。 使用菜单树或命令MOP转到MOP对话框(Mtf OPtions)。 选择MTF的Multicolor选项,然后单击MTF按钮。
m Q9dF,  
这个遮挡确实使中频处的MTF下降。 HA,o2jZ?In  
讨论表面上的椭圆孔径2。在WS中,选择表面2,然后单击按钮 以打开“编辑孔径”对话框。 选择用户输入的椭圆孔径选项; 单击该按钮可显示另一个对话框,您可以根据需要更改数字。 对角镜通常采用椭圆形边缘,您可以在此处输入数据。 (或者,只要您识别出WS编辑窗格中的数字,就可以编辑它们。) , #)d  
施密特 - 卡塞格林望远镜
K7RAmX  
    RLE 4mvR]: G  
    ID CC SCHMIDT CASS ZERNIKE WE) *~5  
    FNAME 'SCT.RLE    ' n\"6ol}>E  
    WAVL .6562700 .5875600 .4861300 h1_Z&VJ  
        APS    1 `dvg5qQ  
        GLOBAL UNITS INCH GL n M1  
        OBB    0.000000    0.40800    5.00000    0.00000    0.00000    0.00000    5.00000 X FS~  
        MARGIN    0.050000 U,#~9  
        BEVEL    0.010000 ;5tOQ&p%v  
            0    AIR i7#4&r  
            1 CV    0.0000000000000    TH    0.25000000 d>p' A_  
            1 N1 1.51981155 N2 1.52248493 N3 1.52859442 Pe _O(  
            1    GTB S    'K5    ' Tdi^P}i_  
            1    EFILE EX1    5.050000    5.050000    5.060000    0.000000 MfL7|b)  
            1    EFILE EX2    5.050000    5.050000    0.000000 (ghI$oH  
            2    CV    0.0000000000000    TH    20.17115161 AIR nj s:  
            2    AIR ray3gM%JLj  
            2    ZERNIKE    5.00000000    0.00000000    0.00000000 m4/qxm"Dx:  
                ZERNIKE    3    -0.00022795 pAy4%|(  
                ZERNIKE    8    0.00022117 ^-"Iw y  
                ZERNIKE    15 -2.00317788E-07 z.8/[)  
                ZERNIKE    24 -3.81789104E-08 ~q ^o|?  
                ZERNIKE    35 -3.47468956E-07 O*~,L6# }  
                ZERNIKE    36    3.76974435E-07 Z}S[fN8  
            2    EFILE    EX1    5.050000    5.050000    5.060000 MJGT|u8O&  
            3    CAI    1.68000000    0.00000000    0.00000000 /PwiZ A3sA  
            3    RAD    -56.8531404724216    TH    -19.92114987 AIR !UoA6C:  
            3    AIR ~(R=3  
            3    EFILE    EX1    5.204230    5.204230    5.214230    0.000000 u$d[&|`>_  
            3    EFILE    EX2    5.204230    5.204230    0.000000 B7f<XBU6>  
            3    EFILE    MIRROR    1.250000 +?*;#=q  
            3    REFLEC    TOR 6|eqQ+(A  
            4    RAD    -23.7669696838233    TH    29.18770982 AIR R/~!km  
            4    CC    -1.54408563 4A2}3$c9  
            4    AIR h*fN]k6  
            4    EFILE    EX1    1.555450    1.555450    1.555450    0.000000 T~E;@weR  
            4    EFILE    EX2    1.545450    1.545450    0.000000 t W UI?\  
            4    EFILE    MIRROR    -0.243545 @vl$[Z|  
            4    REFLEC    TOR u}%OC43  
            4    TH    29.18770982 B'yjMY![  
            4    YMT    0.00000000 M {jXo%C  
                BTH    0.01000000 /WnCAdDgZ  
            5    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR DzpWU8j  
            5    AIR _pTcSp 3  
        END
E+/Nicn=  
"KIY+7@S}  
注意如何在PAD中的光扇图上识别渐晕光线。 在这里也将遵循Switch 21(如果您更愿意看到默认显示,可以将其关闭)。
\foThLx  
在SPEC列表中,您会看到表面2和4是非球面的,在半径列后面用“O”表示
sBadiDG~9  
    SYNOPSYS AI>SPEC g7zl5^o3j  
 nYx /q  
ID CC SCHMIDT CASS ZERNIKE LENS SPECIFICATIONS:
@7nZjrH  
UVw^t+n  
透镜规格:
=2 HY]H  
SYSTEM SPECIFICATIONS m \)B=H!bz  
/GgID!8  
OBJECT DISTANCE    (TH0)    INFINITE    FOCAL LENGTH    (FOCL)    98.1614 z/J?!ee  
OBJECT HEIGHT    (YPP0)    INFINITE    PARAXIAL FOCAL    POINT    29.1777 @6 "MhF  
MARG RAY HEIGHT    (YMP1)    5.0000    IMAGE DISTANCE    (BACK)    29.1877 DSLX/u o1  
MARG RAY ANGLE    (UMP0)    0.0000    CELL LENGTH    (TOTL)    0.5000 Tksv7*5$  
CHIEF RAY HEIGHT    (YPP1)    0.0000    F/NUMBER    (FNUM)    9.8161 O<$w-(  
CHIEF RAY ANGLE    (UPP0)    0.4080    GAUSSIAN IMAGE    HT(GIHT)    0.6992 C98F?uo%Q  
ENTR    PUPIL SEMI-APERTURE    5.0000    EXIT PUPIL SEMI-APERTURE    2.0218 -PPwX~;!  
ENTR    PUPIL LOCATION    0.0000    EXIT PUPIL LOCATION    -10.5157 Jq0sZ0j  
2'fd4 rE5  
WAVL (uM) .6562700 .5875600 .4861300 {?yVA  
WEIGHTS    1.000000 1.000000 1.000000 Zv %>m  
COLOR ORDER    2    1    3 B!+c74  
UNITS    INCH 6,=Z4>  
APERTURE STOP SURFACE (APS)    1    SEMI-APERTURE    5.00000 ? $/::uo  
FOCAL MODE    ON 0cmd +`  
MAGNIFICATION    -9.81862E-11 A"7YkOfwH  
GLOBAL OPTION    ON p6j-8ggL  
BTH OPTION ON, VALUE =    0.01000 I2/am8!u%  
GLASS INDEX FROM SCHOTT OR OHARA ADJUSTED FOR SYSTEM TEMPERATURE SYSTEM TEMPERATURE =    20.00 DEGREES C !}6'vq  
POLARIZATION AND COATINGS ARE IGNORED. #2^0z`-\_z  
SURFACE    DATA \ aJ>?   
SURF    RADIUS        THICKNESS    MEDIUM    INDEX    V-NUMBER }n&nuaj  
0    INFINITE        INFINITE    AIR (1CP]5W  
1    INFINITE        0.25000    K5    1.52248    59.49 SCHOTT I%.nPOQ 8  
2    INFINITE    O    20.17115    AIR $s _k/dM~&  
7g*!6-W[  
3    -56.85314    -19.92115    AIR    <- f 6I)c$]Q  
4    -23.76697 O    29.18771S    AIR iM8Cw/DS  
IMG    INFINITE ;!HQ!#B  
8U@f/ P  
KEY TO SYMBOLS --]blP7  
HB )+.e  
A    SURFACE    HAS TILTS AND DECENTERS    B    TAG ON SURFACE \IQG%L{  
G    SURFACE    IS IN GLOBAL COORDINATES    L    SURFACE IS IN LOCAL COORDINATES h!wq&Vi4  
O    SPECIAL    SURFACE TYPE    P    ITEM IS SUBJECT TO PICKUP 7FH-l(W  
S    ITEM IS    SUBJECT TO SOLVE    M    SURFACE HAS MELT INDEX DATA Kz;Ar&^`N  
T    ITEM IS    TARGET OF A PICKUP 7Q!ksp  
(*A@V%H  
SPECIAL SURFACE DATA b,Eq-Z;  
w yxPvI`   
SURFACE NO.    2 -- ZERNIKE POLYNOMIAL BZ\="N#f  
APER. SIZE OVER WHICH ZERNIKE COEFF. ARE ORTHOGONAL (AP)    5.000000 -9 LvAV>  
TERM    COEFFICIENT    ZERNIKE POLYNOMIAL /5E0'y,|P  
3    -0.000228    2*R**2-1 N@PuC>  
8    0.000221    6*R**4-6*R**2+1 #_ulmB;  
15    -2.003178E-07    20*R**6-30*R**4+12*R**2-1 F(1E@xs  
24    -3.817891E-08    70*R**8-140*R**6+90*R**4-20*R**2+1 LHtO|Utn(  
35    -3.474690E-07    252*R10-630*R8+560*R6-210*R4+30*R2-1 'Qt[cW  
36    3.769744E-07    924*R12-2772*R10+3150*R8-1680*R6+420*R4-42*R2+1 ir'<H<t2  
W)1nc"WqY  
SURFACE NO.    4 -- CONIC SURFACE CONIC CONSTANT (CC)    -1.544086 qD%88c)g  
SEMI-MAJOR AXIS (b)    43.682407    SEMI-MINOR AXIS (a)    -32.221087 w&IYCYK_  
t5 >ma:^j  
THIS LENS HAS NO TILTS OR DECENTERS SYNOPSYS AI>
9z4F/tUq  
FTUfJIVN(  
表面2被定义为Zernike多项式非球面。 让我们看看那个表面是什么样的。 输入
r~=+>, _  
    ADEF 2 PLOT
Sck!w 3  
1o5kP,)  
上图中的黑色曲线显示了表面和最贴近的球体的偏离,在这种情况下,球体非常接近平坦。 *ssw`}yE'  
PAD中的光扇图显示系统没有彗差和球差,尽管有一点点的色球差。 场曲比较明显,由S光扇图和T光扇图表示。 UZ/LR  
让我们从菜单树开始,然后转到MDI(Menu, Diffraction Image)。 选择MPF(或只在CW中输入MPF)。 选择Show visual appearance并单击Execute:
+m JG:n  
左下角的图像是轴上图像,而右上角是视场的边缘图像。让我们以不同的格式来检查它。 返回MPF,选择Show as surface选项,并将Height从默认值1更改为0。 #reR<qp&]  
实际上,视场的边缘图像非常模糊。
~V(>L=\V;  
您可以通过更改WS中的值来编辑Zernike项,但是还有一个对话框,按多项式列出它们,您可以通过单击按钮 从WS到达该对话框,您可以根据需要更改内容:
r7VBz_Q  
继电器望远镜 nGGw(6c%>  
这个例子是几年前作者在地下室建造的中继望远镜。 1977年在Sky&Telescope中描述了早期版本,但是这个版本有一个额外的中继透镜并且校正地更好。 它的文件名为4.RLE,您可以使用命令打开它
!ldE9 .  
    FETCH 4
H.?`90IQ  
Hd4 ~v0eS  
您还可以打开MWL(Menu, Window, Lens)以查看当前用户目录中的所有透镜文件,并为您单击的任何文件提供预览窗格。 ~7aD#`amU  
这里显示的版本有一个16英寸直径的平面镜,所有表面都是球形的,与非球面设计相比,它易于加工。
#HL$`&m  
该设计的有趣之处在于使用Mangin反射镜,该反射镜从表面2到表面4,再到表面3都是反射面,表面4与表面2重合。利用该元件,可以很好地校正球差和二次色差。 打开文件时,在CW中输入LEO以检查输入文件。 jA8Bmwt;w  
透镜形状分析,主镜的形状在背面被磨成锥形,用EFILE输入数据,用于描述元件的边缘。 在PAD中,单击按钮, , 打开“边缘向导”(或输入MEW,菜单,边缘向导),如果未在WS中选择,则选择表面1。
>#dLT~[\a  
您可以在此对话框中定义透镜和反射镜上最多五个点,如图所示。对于反射面,两个编辑框设置了反射镜的厚度(这里是3英寸)和背面的锥角(这里是28度)。在这种情况下,点E标记锥体的起点,距轴线4英寸。 单击Next el 按钮,程序跳转到下一个透镜的第一个侧面。继续查看A到E如何定义透镜边缘的形状。 然后单击按钮,可以阅读有关边缘定义或EFILE的数据并执行所有操作。 ~~Cd9Hzi  
在本课中,我们仅介绍了SYNOPSYS™中的部分功能。

查看本帖完整版本: [-- SYNOPSYS 光学设计软件课程四:业余望远镜 --] [-- top --]

Copyright © 2005-2025 光行天下 蜀ICP备06003254号-1 网站统计