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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。 p0y|pD  
    b)x0;8<  
    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。 H5#]MOAP  
     }D+ b`,  
    无焦镜头的建模 HL]J=Gh  
    l]~9BPsR  
    在 SYNOPSYS 中,建模无焦镜头需要在 RLE 镜头文件中申明 AFOCAL。 ]%I\FefT  
    ~ o2Z5,H  
    GqNOWK2O  
    CJh,-w{wJ"  
    无焦镜头的像质分析 #_x5-?3  
    z.\r7  
    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。 D5oYcGc  
    PNd'21N  
    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。 Z9NND  
    ?9O#b1f N  
    &;pM<h  
    M9o/6  
    无焦 DSEARCH !q,7@W3i  
    (3$DUvx7  
    SYNOPSYS 的 DSEARCH 也可以直接搜索无焦镜头,会自动将一些尺寸量转换为角度量进行优化 '_V9FWDZ  
    :!Dm,PP%  
    F!g1.49""  
    j1qU 4#Y  
    无焦的像差控制 ]LZ#[xnM7  
    P7zUf  
    无焦的F数将会用近轴边缘出射光线的高度表示,可以用此控制像高或放大率。 7P(jMalq  
    0HU0p!yt&  
    设置AFOCAL之后,DSEARCH自动生成的GSR/GNR等光线集指令将自动控制无焦系统出射光线的平行度,就像有焦系统里自动控制光斑尺寸一样。 &4KUXn[F  
    V s xI  
    所以一般情况下不需要额外的指令去控制出射光线的平行度。 B|"/bQ  
    ) 3"!Q+  
    对于AFOCAL系统来说,BACK量是最后两个(虚拟)表面到之前的表面距离,这就方便控制目镜的接目距,在这个案例里我们使用BACK 20 0.1。 QEbf]U=  
    ]|PTZ1?j  
    对于无焦系统,有额外的几个控制近轴光线的参数 62,dFM7  
    b/qK/O8J  
    PYA为边缘光线高度,可控制像高。 ZiQ<SSo:  
    <QFayZ$  
    PUA是边缘光线角度,可以控制远心率。 CmbgEGIh[a  
    Yb`b /BMR  
    PYB是主光线的高度,可以控制光阑。 %z1^  
    1U.X[}e  
    PUB是主光线角度。 - EGZ  
    xg7KU&  
       lEwQj[ k  
    >itabG-&  
    示例的DSEARCH宏 C7vBa<a  
    ;SjNZi)4d  
    hp/pm6  
    :x[()J~N  
    L5zCL0j`  
    o$;&q *  
    运行搜索宏可以得到10个初始结构,选择合适的初始结构: <EgJm`V  
    \/j,  
    搜索宏 ?)(/SZC0  
    请评论区留言联系工作人员获取代码 W).Kq-  
    4.wrY6+V  
    DMsqTB`  
    2*O# m  
    wE=I3E%  
    A'~mJO/   
    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。 [kN_b<Pc,  
    vxk0@k_  
    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。 Dzu//_u  
       6S n&; ap  
    YA控制 j} /).O  
    ~/JS_>e#6P  
    这个宏添加了指令 M 0 10 A P YA 1 0 0 0 11 c u";rnj  
    $G)HU6hF*  
    改为用YA控制真实边缘光线坐标在表面11为0,再次运行搜索,近轴光阑和真实光阑都在最后一个表面。 t>N2K-8Qh  
    MbInXv$q2/  
    }ff^^7_  
    ]u-bJ  
    #T>?g5I  
    ']\SX*z?  
    YA+PYA控制 2!W[ff@~7  
    U*yOe*>  
    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。 ]v>[r?X#V  
    _U4@W+lhX_  
    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: {`M \}(E  
    ,\&r\!=  
    wY%t# [T3  
    !Z\Gv1  
    rf]z5;  
    . IY@Q  
    M"p%CbcI]  
    D8~\*0->  
    YA+CAO控制 4t%Lo2v!X%  
    kjsj~jwvv  
    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。 `5Z'8^  
    v_U/0 0  
    - uO(qUa#  
    c C) <Y#1  
    AsuugcN*  
    :a2[d1  
    kiyKL:6D|  
    %rrD+  
    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。 F,VWi$Po\N  
    f9Xa}*  
    "x;FE<I  
    Y?K?*`Pkc1  
    ^jS1g*nrN  
    CXz9bhn<4  
    优化宏 seAEv0YWz  
    Y^d#8^cP  
    请评论区留言联系工作人员获取代码 AEWrrE  
    |=VWE>g  
    基本参数 Ny`SE\B+/  
    @~7au9.V=X  
    &Y9%Y/Y  
    uuh._H}-  
    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: qSD`S1'2;  
    XJl 3\*  
     
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