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    [原创]无焦镜头设计 | SYNOPSYS 光学设计软件第70课 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2024-05-17
    本文将展示使用 SYNOPSYS 软件进行无焦镜头的设计。“无焦”是相对有焦来说的。无焦系统(afocal system)也称为远焦系统或焦外系统,是指对光束没有净发散或净聚焦的光学系统,系统中共轭物和共轭像都在无穷远处,也就是说光学系统的等效焦距为无限大。 #J (~_%Wi  
    FMA6_fju4  
    激光光学中会用到无焦系统,例如扩束器、红外线及前视红外线系统、相机变焦镜头、像 teleside 转换器等望远镜头配件以及结合相机及望远镜的无焦摄影。 ^9Qy/Er'  
    5GA C`}}  
    无焦镜头的建模 WHXj8*]6  
    3?2 FP|G8  
    在 SYNOPSYS 中,建模无焦镜头需要在 RLE 镜头文件中申明 AFOCAL。 jTO), v:w  
    Od f[*  
    Gmwf4>"  
    0}!\$"|D  
    无焦镜头的像质分析 ZKHG!`X0  
    (e(:P~Ry  
    有焦镜头评价成像质量,一般会在距离空间,比如用RMS光斑尺寸评价。 P3$Q&^?  
    Mmpfto%i  
    无焦的光线分析输出是在角度空间(即光线角度)中,而不是在像面的光线截距。OPD 输出表示波前与平面波的偏离。所以在 SYNOPSYS 建模无焦镜头时,像面要用两个平面虚拟表面来描述。MTF 的空间频率单位也从线对/毫米转换成线对/毫弧度。 9mA{K    
    q$I:`&  
    3k#~yaoI  
    nRyU]=-X  
    无焦 DSEARCH =UUU$hq2  
    Zm6{n '  
    SYNOPSYS 的 DSEARCH 也可以直接搜索无焦镜头,会自动将一些尺寸量转换为角度量进行优化 sMu] /'7  
    .o) `m9/  
    1UPC e  
    S$QG.K:<!  
    无焦的像差控制 PRHCrHs  
    hjZKUM G(k  
    无焦的F数将会用近轴边缘出射光线的高度表示,可以用此控制像高或放大率。 R(q~ -3~  
    d3=KTTi\  
    设置AFOCAL之后,DSEARCH自动生成的GSR/GNR等光线集指令将自动控制无焦系统出射光线的平行度,就像有焦系统里自动控制光斑尺寸一样。 DI+fwXeg  
    ``wSc0\  
    所以一般情况下不需要额外的指令去控制出射光线的平行度。 BD(Z5+EU1  
    n2iJ%_zp  
    对于AFOCAL系统来说,BACK量是最后两个(虚拟)表面到之前的表面距离,这就方便控制目镜的接目距,在这个案例里我们使用BACK 20 0.1。 JvY}-}?c  
    dqN5]Sb2B  
    对于无焦系统,有额外的几个控制近轴光线的参数 ~l)-wNqR4r  
    &Z`#cMR{H  
    PYA为边缘光线高度,可控制像高。 }GeSu|m(  
    ^]TVo\,N  
    PUA是边缘光线角度,可以控制远心率。 8F'x=lIO  
    yu;P +G  
    PYB是主光线的高度,可以控制光阑。 iof-7{+3_  
    6I%5Q4Ll  
    PUB是主光线角度。 iyg*Xbmi~.  
    O#F4WWF  
       'FDef#P<  
    ]*AR,0N&  
    示例的DSEARCH宏 ? #fu.YE\  
    gP;&e:/3  
    r-Pkfy(  
    EM[WK+9>I{  
    /Njd[= B  
    [PDNwh0g5  
    运行搜索宏可以得到10个初始结构,选择合适的初始结构: ))"6ern  
    abyo4i5T  
    搜索宏 #`)(e JF  
    请评论区留言联系工作人员获取代码  iKT[=c  
    "hsb8-  
    Dy:|g1>  
    (jAg_$6  
    *-8&[D0  
    xCc[#0R{  
    这里,STOP LAST和STOP FIX在DSERACH宏中被用来设置光阑在最后一个表面。 . QBF`Rz  
    2Eu`u!jhx  
    但是GOALS的STOP LAST和STOP FIX只控制近轴光线。如下图所示,在近轴光线追迹的结果中,光阑确实是在最后一个表面,但在PAD图里实际看到光阑在像面前方一定距离。 $w`=z<2yo1  
       bcE._9@@  
    YA控制 .oeX"6K  
    ]SLP}Jwy  
    这个宏添加了指令 M 0 10 A P YA 1 0 0 0 11 u)+8S/ )  
    NgP&.39U  
    改为用YA控制真实边缘光线坐标在表面11为0,再次运行搜索,近轴光阑和真实光阑都在最后一个表面。 z?R|Ok  
    nH[yJGZYSA  
    62ws/8d6f  
    )QU  
    K3#@SY j  
    6[ j.@[t  
    YA+PYA控制 wNpTM8rfU#  
    klT@cO-9  
    在这个宏中,我们添加了指令M 3 10 A PYA 11,用PYA(近轴边缘光线高度)来控制光阑(表面11)的大小为3。 7%x[q}  
    /}b03  
    通过运行CAP命令,我们发现表面11的通光孔径实际上是4.6,大于控制目标3。这是因为我们控制了近轴边缘光线的高度(红色的光线),但是通光孔径是由主光线(蓝色和绿色的光线)的真实光线高度决定的,如下图所示: n'E(y)9|  
    Bf~vA4  
    KUlp"{a`,K  
    E/|To  
    jtW!"TOY  
    RAgg:3^  
    T[UN@^DP(  
    kuszb~`zPY  
    YA+CAO控制 )<h*eS{  
     3KlbP  
    在这个宏中,我们用CAO操作数来控制光阑的大小为3。我们可以看到,现在来自不同视场的光线很好地填充了光阑。通过运行CAP命令,光阑孔径大小与我们的目标非常接近。然而,在这个系统中,BACK(从最后一个镜头表面(表面10)到STOP表面(表面11)的距离)要比之前的小。为了保持理想的BACK目标,我们需要在DSEARCH中增加该控制的权重,或者在搜索后的优化中尝试优化它。 s %j_H  
    nxnv,AZG  
    =5~jx  
    nrub*BuA  
    (MxQ+D\  
    aBNc(?ri  
    Nfrw0b  
    ^/I 7|u]  
    使用指令STOP Telecentric 可以指定物方远心,在不同视场的入射主光线是相互平行的。 OEA&~4&{7  
    l rlgz[  
    &^}1O:8e  
    Jh,]r?Bd  
    %)zodf  
    `yrB->|vG  
    优化宏 qr"3y  
    V5V bJBpf  
    请评论区留言联系工作人员获取代码 S9]'?|  
    cQCSe,$ W  
    基本参数 4i)1'{e  
    I_} SB|  
    B~MU^ |v  
    1"MhGNynB>  
    无焦的变焦镜头也可以用ZSEARCH功能进行初始结构搜索,不同于有焦镜头用理想像高作为前后变焦位置的目标,而是和DSEARCH一样用PYA和PUB确定最前和最后变焦位置的像方参数,由此确定变焦的搜索目标: 6F!+T=  
    `u3EU*~W  
     
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