SYNOPSYS 光学设计软件课程四 业余望远镜.docx

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SYNOPSYS光学设计软件课程四业余望远镜

本课程为小型望远镜的设计课程。

牛顿望远镜

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：

RLEIDF/8PARABOLAWITHDIAGONALMIRRORWAVL.6562700.5875600.4861300APS1GLOBALUNITSINCHOBB0.0000000.500005.000000.000000.000000.000005.00000MARGIN0.050000BEVEL0.0100000AIR1RAD-160.0000000000000TH-70.00000000AIR1CC-1.000000001AIR1EFILEEX15.0506805.0506805.0606800.0000001EFILEEX24.9000004.9000000.0000001EFILEMIRROR2.0000001REFLECTOR2EAO1.343000001.900000000.00000000-0.100000002CV0.0000000000000TH0.00000000AIR2AIR2DECEN0.000000000.000000000.000000001002AT45.000000040.000000001002EFILEEX11.9500001.9500001.9600000.0000002EFILEEX21.9500001.9500000.0000002EFILEMIRROR-0.3000002REFLECTOR3CV0.0000000000000TH10.00000001AIR3AIR3DECEN0.000000000.000000000.000000001003AT45.000000040.000000001003TH10.000000013YMT0.000000004CV0.0000000000000TH0.00000000AIR4AIREND

如下的PAD图，将显示整个光学系统结构：

通过OBB命令，可以将视场设置为0.5度：

OBB0.0000000.500005.000000.000000.000000.000005.00000

OBB的用法如下：

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，

•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。

）

•upp0是入射的主光线角度，这里是0.5度。

•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。

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obxxxxjectWizard1（MOW），即可查看所有内容并能得到解释。

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。

上面的文件是令LEO（LEnsOut）或LE（LensEdit）的数据，并且包含完整的系统描述。

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。

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PADBottom按钮

。

在打开的对话框中，选择OPDFanPlots选项，然后单击OK。

1obxxxxjectWizard™是美国缅因州公司OpticalSystemsDesign，Inc。

的商标。

是的，在外视场大概有两个波长的慧差。

以下是如何获得数据列表的：

SYNOPSYSAI>OPD!

ThenextcommandwillbeinOPDmodeSYNOPSYSAI>TFA5P1!

tangentialfanfiveraysprimarycolorfullfieldIDF/8PARABOLAWITHDIAGONALMIRRORTANGENTIALRAYFANANALYSISFRACT.obxxxxjectHEIGHTHBAR1.000000GBAR0.000000COLORNUMBER2RELENTPUPILWAVEFRONTABERRYENOPD（WAVES）-1.000-2.355059-0.800-1.271960-0.600-0.583027-0.400-0.200234-0.200-0.0353560.200-0.0058830.4000.0355260.6000.2125060.8000.6132331.0001.325667

转到对话框MRR（MenuRealRays）或导航菜单树，然后在那里进行选择。

但是输入命令更快。

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。

这是消除三阶慧差的一个例子。

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-DFFT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。

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：

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。

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

1CAI1.4

然后单击“更新”按钮。

（CAI表示ClearAperture，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：

SYNOPSYSAI>CAPIDF/8PARABOLAWITHDIAGONALMIRRORCLEARAPERTUREDATA（Y-coordinateonly）SURFXORR-APER.Y-APER.REMARKX-OFFSETY-OFFSETEFILE?

15.0007SoftCAO*11.4000*UserCAI*21.34301.9000*UserEAO0.0000-0.1000*31.2378SoftCAO40.7006SoftCAONOTE:

CAOCAIEAOandEAIinputissemi-aperture.RAOandRAIinputisfullaperture.SYNOPSYSAI>

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（MenuLensListings）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”。

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

数字“1”表示每个渐晕光线的位置。

进行图像分析操作。

使用菜单树或命令MOP转到MOP对话框（MtfOPtions）。

选择MTF的Multicolor选项，然后单击MTF按钮。

这个遮挡确实使中频处的MTF下降。

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。

）

施密特-卡塞格林望远镜

RLEIDCCSCHMIDTCASSZERNIKEFNAME'SCT.RLE'WAVL.6562700.5875600.4861300APS1GLOBALUNITSINCHOBB0.0000000.408005.000000.000000.000000.000005.00000MARGIN0.050000BEVEL0.0100000AIR1CV0.0000000000000TH0.250000001N11.51981155N21.52248493N31.528594421GTBS'K5'1EFILEEX15.0500005.0500005.0600000.0000001EFILEEX25.0500005.0500000.0000002CV0.0000000000000TH20.17115161AIR2AIR2ZERNIKE5.000000000.000000000.00000000ZERNIKE3-0.00022795ZERNIKE80.00022117ZERNIKE15-2.00317788E-07ZERNIKE24-3.81789104E-08ZERNIKE35-3.47468956E-07ZERNIKE363.76974435E-072EFILEEX15.0500005.0500005.0600003CAI1.680000000.000000000.000000003RAD-56.8531404724216TH-19.92114987AIR3AIR3EFILEEX15.2042305.2042305.2142300.0000003EFILEEX25.2042305.2042300.0000003EFILEMIRROR1.2500003REFLECTOR4RAD-23.7669696838233TH29.18770982AIR4CC-1.544085634AIR4EFILEEX11.5554501.5554501.5554500.0000004EFILEEX21.5454501.5454500.0000004EFILEMIRROR-0.2435454REFLECTOR4TH29.187709824YMT0.00000000BTH0.010000005CV0.0000000000000TH0.00000000AIR5AIREND

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Switch21（如果您更愿意看到默认显示，可以将其关闭）。

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

SYNOPSYSAI>SPECIDCCSCHMIDTCASSZERNIKELENSSPECIFICATIONS:

透镜规格：

SYSTEMSPECIFICATIONSobxxxxjectDISTANCE（TH0）INFINITEFOCALLENGTH（FOCL）98.1614obxxxxjectHEIGHT（YPP0）INFINITEPARAXIALFOCALPOINT29.1777MARGRAYHEIGHT（YMP1）5.0000IMAGEDISTANCE（BACK）29.1877MARGRAYANGLE（UMP0）0.0000CELLLENGTH（TOTL）0.5000CHIEFRAYHEIGHT（YPP1）0.0000F/NUMBER（FNUM）9.8161CHIEFRAYANGLE（UPP0）0.4080GAUSSIANIMAGEHT（GIHT）0.6992ENTRPUPILSEMI-APERTURE5.0000EXITPUPILSEMI-APERTURE2.0218ENTRPUPILLOCATION0.0000EXITPUPILLOCATION-10.5157WAVL（uM）.6562700.5875600.4861300WEIGHTS1.0000001.0000001.000000COLORORDER213UNITSINCHAPERTURESTOPSURFACE（APS）1SEMI-APERTURE5.00000FOCALMODEONMAGNIFICATION-9.81862E-11GLOBALOPTIONONBTHOPTIONONVALUE=0.01000GLASSINDEXFROMSCHOTTOROHARAADJUSTEDFORSYSTEMTEMPERATURESYSTEMTEMPERATURE=20.00DEGREESCPOLARIZATIONANDCOATINGSAREIGNORED.SURFACEDATASURFRADIUSTHICKNESSMEDIUMINDEXV-NUMBER0INFINITEINFINITEAIR1INFINITE0.25000K51.5224859.49SCHOTT2INFINITEO20.17115AIR3-56.85314-19.92115AIR<-4-23.76697O29.18771SAIRIMGINFINITEKEYTOSYMBOLSASURFACEHASTILTSANDDECENTERSBTAGONSURFACEGSURFACEISINGLOBALCOORDINATESLSURFACEISINLOCALCOORDINATESOSPECIALSURFACETYPEPITEMISSUBJECTTOPICKUPSITEMISSUBJECTTOSOLVEMSURFACEHASMELTINDEXDATATITEMISTARGETOFAPICKUPSPECIALSURFACEDATASURFACENO.2--ZERNIKEPOLYNOMIALAPER.SIZEOVERWHICHZERNIKECOEFF.AREORTHOGONAL（AP）5.000000TERMCOEFFICIENTZERNIKEPOLYNOMIAL3-0.0002282*R**2-180.0002216*R**4-6*R**2+115-2.003178E-0720*R**6-30*R**4+12*R**2-124-3.817891E-0870*R**8-140*R**6+90*R**4-20*R**2+135-3.474690E-07252*R10-630*R8+560*R6-210*R4+30*R2-1363.769744E-07924*R12-2772*R10+3150*R8-1680*R6+420*R4-42*R2+1SURFACENO.4--CONICSURFACECONICCONSTANT（CC）-1.544086SEMI-MAJORAXIS（b）43.682407SEMI-MINORAXIS（a）-32.221087THISLENSHASNOTILTSORDECENTERSSYNOPSYSAI>

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

ADEF2PLOT

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。

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。

让我们从菜单树开始，然后转到MDI（MenuDiffractionImage）。

选择MPF（或只在CW中输入MPF）。

选择Showvisualappearance并单击Execute：

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Showassurface选项，并将Height从默认值1更改为0。

实际上，视场的边缘图像非常模糊。

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：

继电器望远镜

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

FETCH4

您还可以打开MWL（MenuWindowLens）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。

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。

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。

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。

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Nextel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。

在本课中，我们仅介绍了SYNOPSYS™中的部分功能。