切换到宽版
  • 广告投放
  • 稿件投递
  • 繁體中文
    • 758阅读
    • 0回复

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

    上一主题 下一主题
    离线小火龙果
     
    发帖
    930
    光币
    2161
    光券
    0
    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。 N4To#Q1w  
    <c ovApx  
    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。 \u]CD}/  
    A&P1M6Of  
    无焦镜头的建模 lk +K+Ra/  
    \ZFQ?e,d  
    在 SYNOPSYS 中,建模无焦镜头需要在 RLE 镜头文件中申明 AFOCAL。 \B2d(=~4  
    ~+#--BhV  
    |"yf@^kdC  
    z/KZ[qH\  
    无焦镜头的像质分析 4*vas]  
    {% _j~  
    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。 %EGr0R(  
    e_=pspnZ  
    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。 @E}X-r.^f  
    xD  
    u 7"VeTz  
    "F"_G  
    无焦 DSEARCH g`OOVaB  
    wz+5 8(  
    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 9"aFS=><  
    ]zyX@=mM  
    dPx<Dz;  
    atf%7}2  
    无焦的像差控制 b!]0mXU  
    naI v=  
    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。 ZB[(Tv1  
    JblmXqtC  
    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。 5)yOw|Bd  
    `OP>(bU0  
    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。 )M'UASB;8  
    kV ,G,wo  
    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。 m*!f%}T  
    9U)t@b  
    对于无焦系统,有额外的几个控制近轴光线的参数 cVay=5].  
    3%R{"Q"  
    PYA为边缘光线高度,可控制像高。 EF=dXm/\  
    ^%8qKC`Tt  
    PUA是边缘光线角度,可以控制远心率。 ( f,J_  
    gKN}Of@^1  
    PYB是主光线的高度,可以控制光阑。 Mi}I0yhVm  
    ole|J  
    PUB是主光线角度。 <'[Ku;m  
    :Sc8PLT  
       d9Z&qdxTKq  
    6z3T?`}Y  
    示例的DSEARCH宏 Cqgk  
    >`89N'lZBm  
    C ]'g:93L  
    l RDxIuTK  
    wn+j39y?ZY  
    V5a?=vK9  
    运行搜索宏可以得到10个初始结构,选择合适的初始结构: # SQvXMT  
    @H\pipT_b  
    搜索宏 a jQqj.  
    请评论区留言联系工作人员获取代码 S<nP80C  
    4;C*Fa  
    )'5<6Q.]  
    b,sGq  
    &$qF4B*  
    kG1;]1tT#  
    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。 qO-C%p [5  
    `l/:NF  
    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。 M XZq  
       9 g Bjxqm  
    YA控制 S Pn8\2Cj  
    B6bOEPQ  
    这个宏添加了指令 M 0 10 A P YA 1 0 0 0 11 Zx+cvQ  
    'y9*uT~  
    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。 MZ|\S/  
    3ai (x1%  
    AkrTfi4hC  
    fcRj  
    '{[!j6wt\  
    lC#RNjDp/~  
    YA+PYA控制 MO[kr2T  
    }:`5,b%Y_  
    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。 ljPq2v ]  
    ^qxdmMp)l  
    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: m0A#6=<  
    Ly9Q}dL  
    5W+{U8\  
    ^m*3&x8  
    _(C^[:s  
    ITyzs4"VV  
    XHxz @_rw  
    v f`9*xF  
    YA+CAO控制 naz:A  
    &=6%>  
    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。 }A|))Ao|  
    Sx8l<X  
    W57&\PXYn  
    |;P^clS3  
    q IM  
    FV A UR  
    _J,xT  
    @\)fzubu  
    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。 2FGx _ Y  
    s~^*+kq  
    rvic%bsk  
    a/~29gW8E\  
    B{p4G`$i1  
    *Bs^NU.  
    优化宏 w NH9WG  
    )1f+ld%R  
    请评论区留言联系工作人员获取代码 d$K=c1  
    @l~7 x  
    基本参数 -Q$b7*"z(  
    HA!t$[_Ve  
    " 9@,l!  
    EJLQ&oH[  
    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: UfR~%p>K  
    e_/x&a(i8  
     
    分享到