SYNOPSYS 光学设计软件课程四: 业余望远镜

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：

RLE ID F/8 PARABOLA WITH DIAGONAL MIRRORWAVL  .6562700  .5875600  .4861300    APS              1    GLOBAL    UNITS INCH    OBB  0.000000  0.50000  5.00000  0.00000  0.00000  0.00000    5.00000    MARGIN  0.050000    BEVEL  0.010000        0 AIR        1 RAD  -160.0000000000000  TH  -70.00000000  AIR        1 CC  -1.00000000        1 AIR        1  EFILE EX1  5.050680  5.050680  5.060680  0.000000        1  EFILE EX2  4.900000  4.900000  0.000000        1  EFILE MIRROR  2.000000        1  REFLECTOR        2  EAO  1.34300000  1.90000000  0.00000000  -0.10000000        2  CV  0.0000000000000  TH  0.00000000 AIR        2  AIR        2  DECEN  0.00000000  0.00000000  0.00000000  100        2  AT  45.00000004  0.00000000  100        2  EFILE EX1  1.950000  1.950000  1.960000  0.000000        2  EFILE EX2  1.950000  1.950000  0.000000        2  EFILE MIRROR  -0.300000        2  REFLECTOR        3  CV  0.0000000000000  TH  10.00000001 AIR        3  AIR        3  DECEN  0.00000000  0.00000000  0.00000000  100        3  AT  45.00000004  0.00000000  100        3  TH  10.00000001        3  YMT  0.00000000        4  CV  0.0000000000000  TH  0.00000000 AIR        4  AIREND

下面的 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：

OBB 0.000000 0.50000 5.00000 0.00000 0.00000 0.00000 5.00000

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 Object Wizard1 ( 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（LEns Out）或 LE（Lens Edit）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 PAD Bottom 按钮在打开的对话框中，选择 OPD Fan Plots 选项，然后单击 OK。

在外视场大概有两个波长的慧差。

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。

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-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。

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1 CAI 1.4

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：

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”。

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（Mtf OPtions）。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

这是一个镜头文件，输入如下：

RLEID CC SCHMIDT CASS ZERNIKEFNAME 'SCT.RLE  'WAVL .6562700 .5875600 .4861300    APS                1    GLOBAL    UNITS INCH    OBB  0.000000  0.40800  5.00000  0.00000  0.00000  0.00000  5.00000    MARGIN  0.050000    BEVEL  0.010000        0  AIR        1 CV  0.0000000000000  TH  0.25000000        1 N1 1.51981155 N2 1.52248493 N3 1.52859442        1  GTB S  'K5       '        1  EFILE EX1  5.050000  5.050000  5.060000  0.000000        1  EFILE EX2  5.050000  5.050000  0.000000        2  CV  0.0000000000000  TH  20.17115161 AIR        2  AIR        2  ZERNIKE  5.00000000  0.00000000  0.00000000          ZERNIKE  3     -0.00022795          ZERNIKE  8      0.00022117          ZERNIKE  15     -2.00317788E-07          ZERNIKE  24     -3.81789104E-08          ZERNIKE  35     -3.47468956E-07          ZERNIKE  36    3.76974435E-07        2  EFILE  EX1       5.050000  5.050000  5.060000        3  CAI  1.68000000  0.00000000  0.00000000        3  RAD  -56.8531404724216  TH  -19.92114987 AIR        3  AIR        3  EFILE  EX1  5.204230  5.204230  5.214230  0.000000        3  EFILE  EX2  5.204230  5.204230  0.000000        3  EFILE  MIRROR  1.250000        3  REFLEC  TOR        4  RAD   -23.7669696838233  TH  29.18770982 AIR        4  CC      -1.54408563        4  AIR        4  EFILE  EX1  1.555450  1.555450  1.555450  0.000000        4  EFILE  EX2  1.545450  1.545450  0.000000        4  EFILE  MIRROR  -0.243545        4  REFLEC  TOR        4  TH  29.18770982        4  YMT  0.00000000          BTH  0.01000000        5  CV  0.0000000000000  TH  0.00000000 AIR        5  AIR    END

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）。

在 CW 中输入 SPEC,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

透镜规格：

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。在命令窗口输入 ADEF 2 PLOT

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（ Menu, Diffraction Image ）。选择 MPF（或只在 CW 中输入 MPF）。选择视觉外观并单击确定：

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，选择表面选项，并将高度从默认值 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。

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 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。

在本课中，我们仅介绍了 SYNOPSYS™ 中的部分功能。