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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。 xPqpNs-,  
    cZL"e  
    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。 >FHTBh& Y  
    Fw:s3ON9}  
    无焦镜头的建模 Uy ;oJY  
    oTOe(5N8a  
    在 SYNOPSYS 中,建模无焦镜头需要在 RLE 镜头文件中申明 AFOCAL。 ~PuPY:"  
    >C_! }~  
    =KT7ZSTV  
    Ltcr]T(Ic  
    无焦镜头的像质分析 txr!3-Ne'!  
    c<JJuG  
    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。 %8 cFzyE*  
    . 36'=K  
    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。 $K<jmEC@<  
    sutj G`m  
    Q*$x!q  
    !l6B_[!@  
    无焦 DSEARCH O0b8wpF f  
    K r]!BI?z  
    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 & PHHacp  
    TaM,9MAu  
    (U/[i.r5Cj  
    ; @Gm@d  
    无焦的像差控制 {LJCY<IGq  
    f$V']dOj1q  
    无焦的F数将会用近轴边缘出射光线的高度表示,可以用此控制像高或放大率。 dJNYuTZ'  
    F$F5N1<  
    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。 m !;mEBL{  
    tvRa.3  
    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。 ?\\ ]u  
    Vzbl* Zmx  
    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。 FG#E?G  
    ; p\rgam  
    对于无焦系统,有额外的几个控制近轴光线的参数 b'9G`Y s^  
    'U}i<^,c  
    PYA为边缘光线高度,可控制像高。 1ygu>sKS&A  
    8agd{bxU  
    PUA是边缘光线角度,可以控制远心率。 k~=-o>}C  
    x6Z$lhZ  
    PYB是主光线的高度,可以控制光阑。 ]iLfe&f  
    Vg[U4,  
    PUB是主光线角度。 {AIZ,  
    (nda!^f_s  
       zi*D8!_C  
    z eIBB  
    示例的DSEARCH宏 =Z-.4\3  
    >+oQxml6nI  
    &2?kD{  
    JI\u -+BE  
    NJl|/(]v  
    ]s, T` (&  
    运行搜索宏可以得到10个初始结构,选择合适的初始结构: m@HU;J\I  
    2~]c`/M3  
    搜索宏 2?-}(F;Z  
    请评论区留言联系工作人员获取代码 a.8nWs^  
    ;oR-\;]/.  
    >!WJ{M0  
    E?08=$^5%  
    kFk+TXLDIt  
    4dfe5\  
    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。 iv;;GW{2  
     pd X9G  
    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。 2! wz#EC  
       Zqam Iq  
    YA控制 ?'_iqg3  
    Hh!x&;x}  
    这个宏添加了指令 M 0 10 A P YA 1 0 0 0 11 GB[W'QGiq  
    K{|;'N-1  
    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。 xOu cZ+  
    CtSAo\F  
    RPp_L>&~<  
    Y}f%/vus  
    XTeU 2I  
    +U6! bu>C  
    YA+PYA控制 ]i$CE|~  
    <<;j=Yy({`  
    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。 NWNgh/9?  
    ![Jxh,f  
    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: $V\xN(Ed  
    3{$c b"5  
    [;.zl1S<  
    u8[X\f  
    J-,T^Wv  
    : wn![<`3q  
    g" M1HxlV  
    a<\m` Es=  
    YA+CAO控制 1y?TyUP  
    3d,|26I7f  
    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。 "ht2X w  
    2'@0|k,yC  
    ~sA}.7  
    ~KX!i 8+X  
    +F0M?,  
    &2) mpY8xQ  
    m*I5 \  
    }QC: !e,yG  
    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。 PqP)<d '/  
    1P[!B[;c  
    ="I]D I  
    f 8uVk|a  
    ;#j/F]xG  
    ("9)=x*5  
    优化宏 S:R%%cy  
    p6ZKyi  
    请评论区留言联系工作人员获取代码 (oTx*GP>Y  
    *np%67=jO  
    基本参数 ?.~@lE  
    ^,`yt^^A  
    #U6Wv1H{Lp  
    %F{@DN`  
    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: I/'jRM  
    KD#ip3  
     
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