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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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    在线小火龙果
     
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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。 Wn!G.(Jq  
    2r ];V'r  
    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。 sXl ??UGe  
    #/j={*-  
    无焦镜头的建模 . 9 LL+d  
    H]&!'\aUz  
    在 SYNOPSYS 中,建模无焦镜头需要在 RLE 镜头文件中申明 AFOCAL。 ]2+g&ox4'  
    >kdM:MK  
    -O&"|   
    ~hURs;Sb  
    无焦镜头的像质分析 v5T9Y-{`  
    T{*^_  
    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。 |0{ i9 .=  
    '=} Y2?(  
    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。 Q:S\0cI0  
    ~4 FDKU C  
    F>:%Cyo0!  
    _g6m=N4  
    无焦 DSEARCH BV9*s  
    2ALj}  
    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 $cK^23H/Fj  
    @)sc6 *lnW  
    p[YWSjf  
    I^fP k  
    无焦的像差控制 6tOi^+qN  
    Mr6E/7g%  
    无焦的F数将会用近轴边缘出射光线的高度表示,可以用此控制像高或放大率。 s!h5hwBY  
    - 8syjKTg  
    设置AFOCAL之后,DSEARCH自动生成的GSR/GNR等光线集指令将自动控制无焦系统出射光线的平行度,就像有焦系统里自动控制光斑尺寸一样。 3kLOoL?  
    R}J-nJlb  
    所以一般情况下不需要额外的指令去控制出射光线的平行度。 @;9()ad  
    "d?f:x3v^  
    对于AFOCAL系统来说,BACK量是最后两个(虚拟)表面到之前的表面距离,这就方便控制目镜的接目距,在这个案例里我们使用BACK 20 0.1。 v#=ayWgk  
    3.)_uo0;o  
    对于无焦系统,有额外的几个控制近轴光线的参数 ?~qC,N[  
    L_*L`!vQA"  
    PYA为边缘光线高度,可控制像高。 !b%,'fy)  
    ?"@ET9  
    PUA是边缘光线角度,可以控制远心率。 P`sN&Y~m  
    g)M#{"H  
    PYB是主光线的高度,可以控制光阑。 5X;?I/9  
    ",ad7Y7i  
    PUB是主光线角度。 }Z6nN)[|0Y  
    ;a{rWz1Wm  
        EW5]!%  
    fI[dhd6  
    示例的DSEARCH宏 ^"`Z1)V  
    -q(:%;  
    jI#z/a!j:  
    |B1Af  
    {@\/a  
    n49s3|#)G  
    运行搜索宏可以得到10个初始结构,选择合适的初始结构: -eYL*Pa  
    ?W<cB`J  
    搜索宏 ` Y\QUj  
    请评论区留言联系工作人员获取代码 !@yQK<0  
    ]xB6cPdLu  
    QAXYrRu  
    H8"tbU  
    ZW2s[p r  
    ^=#!D[xj>  
    这里,STOP LAST和STOP FIX在DSERACH宏中被用来设置光阑在最后一个表面。 O<iI  
    / T#o<D  
    但是GOALS的STOP LAST和STOP FIX只控制近轴光线。如下图所示,在近轴光线追迹的结果中,光阑确实是在最后一个表面,但在PAD图里实际看到光阑在像面前方一定距离。 "sIN86pCs  
       Eb7}$Ji\  
    YA控制 Jh(mbD  
    -~0'a  
    这个宏添加了指令 M 0 10 A P YA 1 0 0 0 11 C!kbZTO[p"  
    (o{)>D  
    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。 z{V8@q/  
    ,|QU] E @  
    E$&;]a  
    s|p(KWo2U  
    }amE6  
    dff#{  
    YA+PYA控制 'T{pdEn8u  
    Q^kMCrp  
    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。 L]a|vp  
    6<Be#Y]b  
    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: Y/!0Q6<[2Y  
    fX$6;Ae  
    uyvskz\  
    ;q^,[(8  
    3?]S,~!F  
    t>-XT|lV  
    9cbB[c_.  
    }K+\8em  
    YA+CAO控制 {vCU^BN,k  
    I BF.&[[S  
    在这个宏中,我们用CAO操作数来控制光阑的大小为3。我们可以看到,现在来自不同视场的光线很好地填充了光阑。通过运行CAP命令,光阑孔径大小与我们的目标非常接近。然而,在这个系统中,BACK(从最后一个镜头表面(表面10)到STOP表面(表面11)的距离)要比之前的小。为了保持理想的BACK目标,我们需要在DSEARCH中增加该控制的权重,或者在搜索后的优化中尝试优化它。 ~v,!n/('  
     aeQ{_SK  
    gFgcxe6  
    <6gU2@1  
    ],!p p3U  
    w`"W3(  
    <,#rtVO$  
    lTd+{TF.  
    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。 WoJ]@Me8  
    $t%"Tr  
    ~ 6TfW~V  
    ~V|KT}H  
    M~#5/eRX  
    #NSaY+V  
    优化宏 8HB?=a2Q<'  
    Y&~5k;>'_  
    请评论区留言联系工作人员获取代码 @)+i{Niuv  
    Pm'.,?"  
    基本参数 l ,ZzB,"  
    Y'\3ux0]4'  
    if\k[O 1T6  
    F&-5&'6G+  
    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: Di]Iy  
    ZD iW72&Q  
     
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