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。 \Sv8c}8
kc/"
在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。 V)A7q9Bum
l-$5CO
无焦镜头的建模 4)?s?+
8,-U`.
在 SYNOPSYS 中,建模无焦镜头需要在 RLE 镜头文件中申明 AFOCAL。 ]\ t20R{z
9xaieR
gubw&W
pMd!Jl#(N
无焦镜头的像质分析 D-LQQ{!D5
eL88lV]I
有焦镜头评价成像质量,一般会在距离空间,比如用RMS光斑尺寸评价。 uSUog+i
(/KeGgkhv
无焦的光线分析输出是在角度空间(即光线角度)中,而不是在像面的光线截距。OPD 输出表示波前与平面波的偏离。所以在 SYNOPSYS 建模无焦镜头时,像面要用两个平面虚拟表面来描述。MTF 的空间频率单位也从线对/毫米转换成线对/毫弧度。 Scfe6+\EW
{'sp8:$a
TlD^EJG
qyzH*#d=Cf
无焦 DSEARCH \1<8'at
[xo-ZDIoG
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。 WOi+y
3v~[kVhoG
17#t 7Yk
zE+^WeH|
无焦的像差控制 h?p!uQ
!GnwE
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。 @6b4YV
h
jEn9T
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。 mcTC'. 9
GD%qrK?
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。 Q7-'5s
x27$h)R0v
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。 2=7:6Fw
pgBIYeY,
对于无焦系统,有额外的几个控制近轴光线的参数: X 4\V4_
cCs@[D#O1
PYA为边缘光线高度,可控制像高。 P"+R:O\!g
o:`^1
PUA是边缘光线角度,可以控制远心率。 pgPm0+N
{t|Q9&
PYB是主光线的高度,可以控制光阑。 AjJ/t4<
EQ]>^VE2B
PUB是主光线角度。 +/ ?oyC+Z
Y>x3`f]
@H}{?-XyA
NIHcX6Nw
示例的DSEARCH宏 pnUL+UYeM
']N\y6=fn9
)}u?ftu\
i
^,
$/
2V*;=cv~z
:XOjS[wBm
运行搜索宏可以得到10个初始结构,选择合适的初始结构:
J^!wk9q
vAjog])9s
搜索宏 lQxEiDIL
请评论区留言联系工作人员获取代码 &5*t*tI
=3PZGdWD
q#K0EAgC
u qA!#E
\H
5t-w=
!Wj`U$];
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。 /#j)GlNp:
JOyM#g9-?
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。 5"bg8hL
Y=,9 M
YA控制 "]W,,A-
8!
/ue.T
这个宏添加了指令 M 0 10 A P YA 1 0 0 0 11 ^4xl4nbx
GC|V>| tz#
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。 n`!6EaD
Wu/:ES)C
!wC(
]Y
`JyI`@,!
op3a*KG
&'Xgf!x
YA+PYA控制 l;@bs
i=&]%T6Qk
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。 {asq[;]
b5?k gY
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: fcy4?SQ.<i
rr>6;
9P*f
5mZwg(si
'j!n
s[VYd:}se
!_oR/)
J&B5Ll
YA+CAO控制 @z:E]O}
&8I*N6p:%/
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。 ,$U~<Zd
uo;m
W$W w/mcl+
Tl#2w=
bfYVA2=Z
U }I#;*F
2B5Ez,'#x
}}bMq.Q'
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。 u|k_OUTq
B
]sVlbt
oE2VJKs<B
gSf> +|
7 4&{GCL
w c\`2(
优化宏 tY:,9eh7B
ab#z&jg!
请评论区留言联系工作人员获取代码 /82E[P"}6R
&.PAIe.
基本参数 X":2o|R
&wN}<Ge6
U#<{RqY
Vv+ oq5hf
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: t;u)_C,bmP
d[nz0LI|mk