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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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    离线小火龙果
     
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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。 :xeLt;  
    s3t!<9[m  
    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。 a0_(eO-S  
    s${_K*g6  
    无焦镜头的建模 T-L5zu  
    |"k&fkS$  
    在 SYNOPSYS 中,建模无焦镜头需要在 RLE 镜头文件中申明 AFOCAL。 -e>|kPfv!  
    \P?ToTTV  
    CmC0k-%w  
    Hhv$4;&X  
    无焦镜头的像质分析 U{1z;lJ  
    Df=q-iq<{/  
    有焦镜头评价成像质量,一般会在距离空间,比如用RMS光斑尺寸评价。 Pn WD}'0V  
    D[Iq n  
    无焦的光线分析输出是在角度空间(即光线角度)中,而不是在像面的光线截距。OPD 输出表示波前与平面波的偏离。所以在 SYNOPSYS 建模无焦镜头时,像面要用两个平面虚拟表面来描述。MTF 的空间频率单位也从线对/毫米转换成线对/毫弧度。 Vu]h4S:  
    +$pJ5+v  
    YB!!/ SX4  
    Wc'Ehyi;  
    无焦 DSEARCH %`\]Y']R  
    }5gr5g\OtP  
    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 Aka^e\Y@6*  
    mvTb~)  
    /8eW@IO.F  
    jMU9{Si  
    无焦的像差控制 HhSjR%6HY;  
    = HE m)  
    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。 ,b' 4CF  
    l]5%  
    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。 [&VxaJ("3  
    TlPVHJyt  
    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。 U6{dI@|B  
    DX@}!6|T  
    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。 Yo2Trh  
    olty4kGD$V  
    对于无焦系统,有额外的几个控制近轴光线的参数 nR'#s%Kj  
    ,IjdO(?TC  
    PYA为边缘光线高度,可控制像高。 _Y-$}KwY!  
    c4|so=  
    PUA是边缘光线角度,可以控制远心率。 9*_uCPR  
    epVH.u%  
    PYB是主光线的高度,可以控制光阑。 -CU,z|g+  
    _T~H[&Hl  
    PUB是主光线角度。 3?ba 1F0Nw  
    2V$9ei6  
       878tI3-  
    1q!sKoJ<  
    示例的DSEARCH宏 *i?.y*g  
    H1Xovr  
    D44I"TgqD  
    ^Kw(& v  
    D8/sz`N7Q  
    l<RfRqjw  
    运行搜索宏可以得到10个初始结构,选择合适的初始结构: `u=<c  
    cEi<}9r  
    搜索宏 OK\]*r  
    请评论区留言联系工作人员获取代码 |Ow$n  
    lIl9ypikg  
    r5)f82pQ  
    ,4Y sZ  
    ayH>XwY6  
    4~WlP,,M  
    这里,STOP LAST和STOP FIX在DSERACH宏中被用来设置光阑在最后一个表面。 M9g1d7%  
    }85#[~m'  
    但是GOALS的STOP LAST和STOP FIX只控制近轴光线。如下图所示,在近轴光线追迹的结果中,光阑确实是在最后一个表面,但在PAD图里实际看到光阑在像面前方一定距离。 +~:0Dxv W  
       h.LSMU (O  
    YA控制 YPQCOG  
    s=jO; K$  
    这个宏添加了指令 M 0 10 A P YA 1 0 0 0 11 j&}B<f _6J  
    P rt#L8  
    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。 Ap,q `S  
    Vx(;|/:  
    :+A; TV  
    j)@oRWL<  
    <Am^z~[  
    \]GGVI ;u  
    YA+PYA控制 #ZwY?T x  
    ke</x+\F  
    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。 4+,*sn  
    -(  ER4#  
    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: G[B*TM6$  
    m-#d8sD2C  
    %J3lK]bv(  
    -CZ-l;5  
    "U{mMd!9L  
    w`38DF@K  
    U#l.E 1Z  
    A'(k Yc  
    YA+CAO控制 X)FQ%(H<  
    LQ|<3]  
    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。  m"1 ?  
    otZ JY)  
    ri;r7Y9V9`  
    1 pYsjo~  
    PE +qYCpP9  
    a\|X^%2g  
     pe|\'<>i  
    zkvH=wL  
    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。 JG1LS$p^  
    Is~yVB02  
    fjG/dhr  
    lHRK'? Q  
    _2xuzmz0  
    2}1!WIin  
    优化宏 ]dQZ8yVK  
    RH1U_gp4 ]  
    请评论区留言联系工作人员获取代码 @V*au:  
    /Ir 7 DZK  
    基本参数 \>_eEZ5  
    ]*;RHy9  
    e1Dj0s?i~K  
    + >Fv*lux  
    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: m}sh I8S  
    g!z8oPT  
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