SYNOPSYS 光学设计软件课程三十四：90度目镜

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SraZxuPg>
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。 C:J;'[,S
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。） `uMEK>b
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。

p,fV .5q
    CORE 16           ! if you have a multicore PC, by all means use it '9V/w[mI
>q:%?mi
     如果您有多核PC，请一定要使用它 N*-tBz
    PROJECT )r9 9zdUk
JnBUW"
    DSEARCH 1 QUIET &R72$H9C8i
    SYSTEM ,5n!a.T
    ID DSEARCH SAMPLE     ! to see how long the process took看看这个过程需要多长时间 %F>~2g?$
    OBA -1 .6 .05      ! object starts 1 inch inside the lens物体在镜头内1英寸开始 K|7"YNohfG
    WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 ! visible light 可见光 v03cQw\"WE
Ap dXsL
    AFOCAL           ! output will be collimated输出将是准直的 x4'@U<
    UNITS INCH      ! lens is in inches镜头以英寸为单位 q9/v\~m
    OSNA 0.08333 dEoIVy_9R
    END ]<f)Rf">:`
5CkG^9
     GOALS ;}46Uc#WS
     ELEMENTS 8     ! design for an F/6 objective lens设计用于F / 6的物镜 d/7fJ8y8
     BACK 0 0 p&<Ssc
     TOTL 0 0          ! control these with limits in the special section +vh|m5"7I7
                                限制在特殊的部分控制这些 @k?vbq
     STOP TELECENTRIC      ! the input beam comes from a distant objective  RT 0.5 i1 E|lp)
                                                 输入光束来自远程物镜RT 0.5 (0$~T}lH
     FOV 0.0 .3 .6 .9 1 ! correct three field points 纠正三个视场点 Tru{8]uMH
     FWT 5.0 3.0 3 3 3 ! with these weights 和这些权重一起 W>@ti9\t
     ANNEAL 200 20 Q          ! annealing is slower, but works better退火速度较慢，但效果更好 &GP(yj]
     SNAPSHOT 10           ! watch the progress 看进度 6R6Ub 0
     QUICK 30 40           ! do a quick scan of all designs, 20 passes. Then 20 more with \H] |5fp*
            快速扫描所有设计，扫描20次。然后再来20次 ) O0Cz n
     END tDK@?PfKz
              ! real rays 真实的光线 cbzA`b'Mg
     SPECIAL PANT Y=mr=]q
     VY 0 TH0  END          ! vary the object position within the eyepiece改变目镜内的物体位置 [RyVR
uBm"Xkxe|w
    SPECIAL AANT ADT 1 .1 1 sfM"!{7
    AEC .15 1 1           ! require edge thicknesses of 0.15 inches or more Ds`e-X)O;\
            要求边缘厚度为0.15英寸或更大 ZoG@"vr2
    ACA 60 1 1           ! stay away from critical angle refraction远离临界角度折射 #I/P9)4
    M .7 1 A BACK           ! specify 0.7 inch eye relief指定0.7英寸的出瞳距离 X{-4w([
    LUL 6 1 1 A TOTL          ! allow lens length up to 6 inches镜头长度可达6英寸 >ED;_L*_o
    M -1 10 A P HH 1          ! require full-field ray angle of 45 degrees要求全场光线角度为45度 U%q)T61
    M 0 1 A P YA 1 0 0 0 LB1 ! correct for pupil aberration at two fields纠正两个视场的瞳孔像差 #dauXUKH
    M 0 1 A P YA .5 0 0 0 LB1 ! “LB1” means last surface but 1, or the eye point “LB1” 8Y`Lq$u
    M 0 1 A P YA 1           ! control distortion this way %F*9D3^h
    S GIHT n1-p/a.
    END _Id'56N]J!
    GO                    ! run the search S,&LH-ps
    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。

"Lp.*o
    PANT 'n &p5%
    VY 0 TH0 CNB weM
    VLIST RD ALL QiPqN$n
    VLIST TH ALL eD>b|U=/
    VY   1 GLM a"#t'\
    VY   3 GLM Ua1&eCZi
    VY   5 GLM bxXpw&
    VY   7 GLM Hg#tSE
    VY   9 GLM Y+-yIMt$r
    VY  11 GLM UTA|Ps$
    VY  13 GLM f1'ByV'2
    VY  15 GLM !sT>]e
    END #7uH>\r
    AANT P AEC 6{2y$'m8
    ACC mb\T)rj
    GSR     0.500000     5.000000      4  M     0.000000 >.?yz
    GNR     0.500000     3.000000      4  M     0.300000 o@Ye_aM~?Y
    GNR     0.500000     3.000000      4  M     0.600000 jFSR+mP!
    GNR     0.500000     3.000000      4  M     0.900000 GNR     0.500000     3.000000      4  M     1.000000 ?JuJu1
    ADT 6 .1 1 RD`|Z~:q:K
        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 Ac_P^
        ACA 60 1 1         ! STAY AWAY FROM CRITICAL ANGLE REFRACTION 远离临界角度折射 xdSMYH{2A
        M .7 1 A BACK       ! SPECIFY 0.7 INCH EYE RELIEF 指定0.7英寸的出瞳距离 Gs:g
    LUL 6 1 1 A TOTL   ! ALLOW LENS LENGTH UP TO 6 INCHES 允许镜头长度达6英寸 ;}B=g/C
    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 5wK==hZ
    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 N_%@_$3G]
    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 _H| )g*]t
    M 0 1 A P YA 1       ! CONTROL DISTORTION THIS WAY 以这种方式控制畸变 <J8c dB!e
    S GIHT %NLd"SV
    END hb[ThQ
    SNAP/DAMP 1 e~vO
    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

xF_u:}7`
    GNO 0 .01 4 M 0 c)EYXo
    GNO 0 .01 4 M .3 49FP&NgK
    GNO 0 .01 4 M .6 !}=eXDn;A_
    GNO 0 .01 4 M .9 Au2^ T1F
    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。

g$Tsht(rHD
    CHG u>fs yn9c
    NOP ! delete all pickups and solves 删除所有拾取和解 /KH85/s
    END lBP?7`U
    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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