SYNOPSYS 光学设计软件课程三十四：90度目镜

D dCcsYm,
?1O` Rd{tn
在本课中，我们将设计一个目镜。我们将让计算机完成几乎所有工作。结果是一个具有良好性能的8片镜片的镜头。 mb%U~Na
我们假设望远镜物镜图像直径为1.2英寸，我们希望观察者看到90度的无畸变图像。这种镜头可以通过两种方式设计：从物镜到眼睛，或者从眼睛到物镜。在这个例子中，我们将选择前一个方案。（在第37课中，我们将以另一个方案进行。） f<|*^+
我们将从远处的物镜将光线对准镜头，首先对准镜头内一英寸的一点，并要求光线以45度的角度从轴上射出。

以下是DSEARCH上运行的输入，它将为我们找到配置。

.RAyi>\e
    CORE 16           ! if you have a multicore PC, by all means use it ]Wjcr2Wq
u i$4
     如果您有多核PC，请一定要使用它 O(e!Vx{t!
    PROJECT f#7=N{wm
>#gDk K
    DSEARCH 1 QUIET Br{(sL0e
    SYSTEM 4M6[5RAW{
    ID DSEARCH SAMPLE     ! to see how long the process took看看这个过程需要多长时间 z[O*f#t
    OBA -1 .6 .05      ! object starts 1 inch inside the lens物体在镜头内1英寸开始 JBZ1DZAWC
    WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 ! visible light 可见光 ~v:IgS
\[)SK`cwd
    AFOCAL           ! output will be collimated输出将是准直的 Y%|dM/a`
    UNITS INCH      ! lens is in inches镜头以英寸为单位 bC) <K/Q9
    OSNA 0.08333 %""h:1/S
    END Dbq/t^
OQKc_z'"
     GOALS \I<R.49oW
     ELEMENTS 8     ! design for an F/6 objective lens设计用于F / 6的物镜 6R$Yh0%
     BACK 0 0 28c6~*Te#
     TOTL 0 0          ! control these with limits in the special section rO{?.#~
                                限制在特殊的部分控制这些 SXvflr] =m
     STOP TELECENTRIC      ! the input beam comes from a distant objective  RT 0.5 D:z_FNN
                                                 输入光束来自远程物镜RT 0.5 WB<MU:.Vc
     FOV 0.0 .3 .6 .9 1 ! correct three field points 纠正三个视场点 FgrVXb_q
     FWT 5.0 3.0 3 3 3 ! with these weights 和这些权重一起 )~ &gBX
     ANNEAL 200 20 Q          ! annealing is slower, but works better退火速度较慢，但效果更好 @de0)AJG6
     SNAPSHOT 10           ! watch the progress 看进度 fBz|-I:k +
     QUICK 30 40           ! do a quick scan of all designs, 20 passes. Then 20 more with Q00v(6V46
            快速扫描所有设计，扫描20次。然后再来20次 ?_p!teb
     END dD~H ft
              ! real rays 真实的光线 /& c2y=/'C
     SPECIAL PANT guf*>qNr
     VY 0 TH0  END          ! vary the object position within the eyepiece改变目镜内的物体位置 o1*P|.`
.c@Y?..+
    SPECIAL AANT ADT 1 .1 1 {{>,c}O /
    AEC .15 1 1           ! require edge thicknesses of 0.15 inches or more [kckE-y
            要求边缘厚度为0.15英寸或更大 gN73)uJ0
    ACA 60 1 1           ! stay away from critical angle refraction远离临界角度折射 qK2jJ3)>
    M .7 1 A BACK           ! specify 0.7 inch eye relief指定0.7英寸的出瞳距离 'iOaj0f
    LUL 6 1 1 A TOTL          ! allow lens length up to 6 inches镜头长度可达6英寸 #sg dMrVQ
    M -1 10 A P HH 1          ! require full-field ray angle of 45 degrees要求全场光线角度为45度 #`K{vj
    M 0 1 A P YA 1 0 0 0 LB1 ! correct for pupil aberration at two fields纠正两个视场的瞳孔像差 ![fNlG!r
    M 0 1 A P YA .5 0 0 0 LB1 ! “LB1” means last surface but 1, or the eye point “LB1” ~ISY( &
    M 0 1 A P YA 1           ! control distortion this way ]>*VEe}hJ
    S GIHT v<<ATs%w
    END }; M@JMu,
    GO                    ! run the search P>_9>k@;Q
    PROJECT               ! see how long it took

这是从DSEARCH 返回的图纸。

这些都是合理的目镜配置。最好的一个在顶部，名为DSEARCH08.RLE，它在PAD中自动打开。

该程序创建了一个优化MACro并将其加载到编辑器窗口中。在这里，您可以看到程序生成的目标以及DSEARCH输入中给出的特殊目标。

HvKdV`bz
    PANT G`Z<a
    VY 0 TH0 3hje
    VLIST RD ALL 0E,QOF{o
    VLIST TH ALL {.[EXMX
    VY   1 GLM B4*y-Q.*
    VY   3 GLM fE&s 6w&
    VY   5 GLM ,oSn<$%/q
    VY   7 GLM +xsGa{`
    VY   9 GLM _8F;-7Sz
    VY  11 GLM eOkiB!G.
    VY  13 GLM KK4e'[Wf
    VY  15 GLM 11Qi _T\
    END Gm9
    AANT P AEC v^F00@2I
    ACC b!Nr
    GSR     0.500000     5.000000      4  M     0.000000 , /jHhKW
    GNR     0.500000     3.000000      4  M     0.300000 p5w9X+G%
    GNR     0.500000     3.000000      4  M     0.600000 %hw4IcWJ|
    GNR     0.500000     3.000000      4  M     0.900000 GNR     0.500000     3.000000      4  M     1.000000 8faT@J'e;
    ADT 6 .1 1 m,62'
        AEC .15 1 1        ! REQUIRE EDGE THICKNESSES OF 0.15 INCHES OR MORE 需要0.15英寸或更大的边缘厚度 "!7Hu7
        ACA 60 1 1         ! STAY AWAY FROM CRITICAL ANGLE REFRACTION 远离临界角度折射 S'w}Ir
        M .7 1 A BACK       ! SPECIFY 0.7 INCH EYE RELIEF 指定0.7英寸的出瞳距离 1@|%{c&+9
    LUL 6 1 1 A TOTL   ! ALLOW LENS LENGTH UP TO 6 INCHES 允许镜头长度达6英寸 @]8flb )T
    M -1 10 A P HH 1   ! REQUIRE FULL-FIELD RAY ANGLE OF 45 DEGREES 需要45度的视场光线角度 ` "-P g5
    M 0 1 A P YA 1 0 0 0 LB1  ! CORRECT FOR PUPIL ABERRATION AT TWO FIELDS 正确处理两个错误行为 WPlf8* -fQ
    M 0 1 A P YA .5 0 0 0 LB1  !  LB1  MEANS LAST SURFACE BUT 1, OR THE EYE POINT LB1意味着最后的表面，而不是出射点 /0Qo(
    M 0 1 A P YA 1       ! CONTROL DISTORTION THIS WAY 以这种方式控制畸变 *qAG0EM|
    S GIHT o"z;k3(i$7
    END m|x_++3
    SNAP/DAMP 1 f8=qnY2j
    SYNOPSYS   25

让我们运行这个并观察镜头的改善结果。以下是我们在进行一些优化和模拟退火后得到的结果：

我们想要进一步改进。将OPD光扇图分配到PAD 2上，我们在全视场看到一个波长的误差。
我们将一些OPD目标函数添加到评价函数中？在AANT文件中添加如下内容

H"k\(SPVS
    GNO 0 .01 4 M 0 x _d
    GNO 0 .01 4 M .3 ADB)-!$xoi
    GNO 0 .01 4 M .6 ycki0&n3
    GNO 0 .01 4 M .9 8'bZR]
    GNO 0 .01 4 M 1

经过多次优化和模拟退火后，镜头更好：

我们想要避免 “芸豆”效应，如果瞳孔有很多球像，就会出现这种效应。随着你的眼睛移动，视场的一部分图像会消失。
在眼睛位置放大图像，然后单击按钮运行Pad Scan™

。光线可以很好地瞄准眼点。虽不完美——但是，镜头的设计是关于权衡的，不是吗?我们认为这些小错误已经足够好了。
接下来我们要检查畸变。一些质量差的目镜显示出明显的畸变，因此我们必须进行检查。命令GDIS 21 G将生成如下图片：

我们通过在评价函数中加入一个项目得到了良好的性能，该项目取全局Y坐标并减去GIHT的值。可以这么做么?单位都错了！
该镜头处于AFOCAL模式，输出Y坐标实际上是来自轴的光线角度，以弧度为单位。 GIHT类似地是在近轴上的弧度角。如果两者数值相同，则系统没有畸变。
现在难点是，我们必须检查图像质量。这是大约1/2波长的横向色差。为了分析这一点，我们给镜头设置了10个波长，根据天文物体和人眼的光谱进行加权。首先，我们删除曲率求解，因此半径不会随光谱改变。

z7L+wNYwg
    CHG |M t2
    NOP ! delete all pickups and solves 删除所有拾取和解 +~of#
    END D)l\zs%ie
    MSW

当光谱向导打开时，我们选择天文学资源例如太阳，月亮，行星。然后我们单击Visual并选择Visual，Bright light。单击10个波长的选项，然后单击“获取光谱”。

这是光源和探测器组合的光谱。单击精细设置，将光谱向右移动一点。然后对镜头单击Apply并关闭对话框。

关闭向导并打开MPF对话框。这将显示衍射点在视场上的扩散。选择外观显示，通过4放大，然后执行。

0.9视场的图像不如全视场的图像好。让我们回到3个波长的版本，将OPD的权重增加到0.02，然后重新优化。

衍射限制了大部分视场的清晰度。我们必须判断目标值。这里显示的弥散斑与你眼睛能查看的清晰度相当。
这个镜头是DSEARCH列表上的头一个镜头，但是我们有时会尝试其他初始结构的镜头。请检查它们——并注意，由于我们在本课中使用了模拟退火特性，每次返回的结果都会有所不同。所以多运行DSEARCH几次，每次都要优化和检查结果。并尝试使用RSTART的值。
如果我们对这个目镜的结果满意的话，下一步就是把它优化成可加工的镜头。阅读有关IRG和ARGLASS的内容，您将了解更多。

箜尘april	2021-04-13 10:46
好高级的样子

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