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    [原创]SYNOPSYS 光学设计软件课程三十四:90度目镜 [复制链接]

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    离线optics1210
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2018-09-26
    — 本帖被 cyqdesign 从 光学理论,设计与产业化 移动到本区(2018-12-29) —

    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

    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。)

    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。

        CORE 16           ! if you have a multicore PC, by all means use it

         如果您有多核PC,请一定要使用它

        PROJECT

        DSEARCH 1 QUIET

        SYSTEM

        ID DSEARCH SAMPLE     ! to see how long the process took看看这个过程需要多长时间

        OBA -1 .6 .05      ! object starts 1 inch inside the lens物体在镜头内1英寸开始

        WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 ! visible light 可见光

        AFOCAL           ! output will be collimated输出将是准直的

        UNITS INCH      ! lens is in inches镜头以英寸为单位

        OSNA 0.08333

        END

         GOALS

         ELEMENTS 8     ! design for an F/6 objective lens设计用于F / 6的物镜

         BACK 0 0

         TOTL 0 0          ! control these with limits in the special section

                                    限制在特殊的部分控制这些

         STOP TELECENTRIC      ! the input beam comes from a distant objective  RT 0.5

                                                     输入光束来自远程物镜RT 0.5

         FOV 0.0 .3 .6 .9 1 ! correct three field points 纠正三个视场点

         FWT 5.0 3.0 3 3 3 ! with these weights 和这些权重一起

         ANNEAL 200 20 Q          ! annealing is slower, but works better退火速度较慢,但效果更好

         SNAPSHOT 10           ! watch the progress 看进度

         QUICK 30 40           ! do a quick scan of all designs, 20 passes. Then 20 more with

                快速扫描所有设计,扫描20次。然后再来20次

         END

                  ! real rays 真实的光线

         SPECIAL PANT

         VY 0 TH0  END          ! vary the object position within the eyepiece改变目镜内的物体位置

        SPECIAL AANT ADT 1 .1 1

        AEC .15 1 1           ! require edge thicknesses of 0.15 inches or more

                要求边缘厚度为0.15英寸或更大

        ACA 60 1 1           ! stay away from critical angle refraction远离临界角度折射

        M .7 1 A BACK           ! specify 0.7 inch eye relief指定0.7英寸的出瞳距离

        LUL 6 1 1 A TOTL          ! allow lens length up to 6 inches镜头长度可达6英寸

        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

        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

        M 0 1 A P YA .5 0 0 0 LB1 ! “LB1” means last surface but 1, or the eye point “LB1”

        M 0 1 A P YA 1           ! control distortion this way

        S GIHT

        END

        GO                    ! run the search

        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。

        PANT

        VY 0 TH0

        VLIST RD ALL

        VLIST TH ALL

        VY   1 GLM

        VY   3 GLM

        VY   5 GLM

        VY   7 GLM

        VY   9 GLM

        VY  11 GLM

        VY  13 GLM

        VY  15 GLM

        END

        AANT P AEC

        ACC

        GSR     0.500000     5.000000      4  M     0.000000

        GNR     0.500000     3.000000      4  M     0.300000

        GNR     0.500000     3.000000      4  M     0.600000

        GNR     0.500000     3.000000      4  M     0.900000 GNR     0.500000     3.000000      4  M     1.000000

        ADT 6 .1 1

            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

            ACA 60 1 1         ! STAY AWAY FROM CRITICAL ANGLE REFRACTION 远离临界角度折射

            M .7 1 A BACK       ! SPECIFY 0.7 INCH EYE RELIEF 指定0.7英寸的出瞳距离

        LUL 6 1 1 A TOTL   ! ALLOW LENS LENGTH UP TO 6 INCHES 允许镜头长度达6英寸

        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

        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

        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

        M 0 1 A P YA 1       ! CONTROL DISTORTION THIS WAY 以这种方式控制畸变

        S GIHT

        END

        SNAP/DAMP 1

        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

        GNO 0 .01 4 M 0

        GNO 0 .01 4 M .3

        GNO 0 .01 4 M .6

        GNO 0 .01 4 M .9

        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。

        CHG

        NOP ! delete all pickups and solves 删除所有拾取和解

        END

        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。

    [ 此帖被optics1210在2019-01-24 13:45重新编辑 ]
     
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    离线箜尘april
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    只看该作者 1楼 发表于: 2021-04-13
    好高级的样子