| 小火龙果 |
2024-05-17 18:01 |
无焦镜头设计 | SYNOPSYS 光学设计软件第70课
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。 z%82Vt!a5
' a ['lF
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。 \CL8 ~
$5R2QNg n
无焦镜头的建模 ?Y(
k{}> *pCU
在 SYNOPSYS 中，建模无焦镜头需要在 RLE 镜头文件中申明 AFOCAL。 513,k$7
g4IF~\QRVi
[attachment=128644] 8QrpNSj4
UerbNz|
无焦镜头的像质分析 i+Z)`
s, HbW%s
有焦镜头评价成像质量，一般会在距离空间，比如用RMS光斑尺寸评价。 95l)s],
wVBK Vb9N
无焦的光线分析输出是在角度空间（即光线角度）中，而不是在像面的光线截距。OPD 输出表示波前与平面波的偏离。所以在 SYNOPSYS 建模无焦镜头时，像面要用两个平面虚拟表面来描述。MTF 的空间频率单位也从线对/毫米转换成线对/毫弧度。 >t+U`6xK
7n8nJTU{4j
[attachment=128645] (%my:\>l
oP&/>GmXL
无焦 DSEARCH bdg6B 7%Q
`q^#u
SYNOPSYS 的 DSEARCH 也可以直接搜索无焦镜头，会自动将一些尺寸量转换为角度量进行优化。 u_(~zs.N]
RY , <*
[attachment=128651] i\i%Wi Rl
J2bvHxb Rd
无焦的像差控制 Eb8pM>'qM
(2g
a: }K
无焦的F数将会用近轴边缘出射光线的高度表示，可以用此控制像高或放大率。 A3 jxjQ
X0/slOT
设置AFOCAL之后，DSEARCH自动生成的GSR/GNR等光线集指令将自动控制无焦系统出射光线的平行度，就像有焦系统里自动控制光斑尺寸一样。 s g2 ;"E@
^q:-ZgM>
所以一般情况下不需要额外的指令去控制出射光线的平行度。 i?x gV_q;
Npp YUY
对于AFOCAL系统来说，BACK量是最后两个（虚拟）表面到之前的表面距离，这就方便控制目镜的接目距，在这个案例里我们使用BACK 20 0.1。 xe@1H\ 7:
ul~ux$a
对于无焦系统，有额外的几个控制近轴光线的参数： .ZTvOm'mB^
=)a24PDG
PYA为边缘光线高度，可控制像高。 o`bch? ]
ARKM[]
PUA是边缘光线角度，可以控制远心率。 PTQ#8(_ ,
I'/ 3_AX
PYB是主光线的高度，可以控制光阑。 F2"fOS
WyN
;l Id
PUB是主光线角度。 F B]Y~;(
_D '(R
[attachment=128646] U0x
A~5B
uYh!04u
示例的DSEARCH宏 ]3KeAJ
sp Edq}
[attachment=128647] -`O{iHfM|P
dSM\:/t
[attachment=128657] &V].,12 x
aJu&h2 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： broLC5hbQU
z0z@LA4k6@
搜索宏 x~5uc $
请评论区留言联系工作人员获取代码 kSAVFzUS
Fr9/TI
[attachment=128655] 70'OS:J=\
~ao:9 ynY
[attachment=128648] ?uWUs )9
1"h"(d A
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。 k<gH*=uXY'
b1& t k~ 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。 $7x2TiAL
;%t Fi
YA控制 YT\`R
8Fn\ycX#"l
这个宏添加了指令 M 0 10 A P YA 1 0 0 0 11 ?nU<cx h
BWt`l,nF
改为用YA控制真实边缘光线坐标在表面11为0，再次运行搜索，近轴光阑和真实光阑都在最后一个表面。 V kQ@c;C
c6h?b[]
[attachment=128659] '&IGdB I
DT-VxF6 h
[attachment=128658] 9*q wXU_aV
`#""JTA"
YA+PYA控制 u`bD`kfT>
Uh }PB3WZ
在这个宏中，我们添加了指令M 3 10 A PYA 11，用PYA（近轴边缘光线高度）来控制光阑（表面11）的大小为3。 A5<t> 6Y
,9&cIUH
通过运行CAP命令，我们发现表面11的通光孔径实际上是4.6，大于控制目标3。这是因为我们控制了近轴边缘光线的高度（红色的光线），但是通光孔径是由主光线（蓝色和绿色的光线）的真实光线高度决定的，如下图所示： X8C7d 6ca
Xw H>F7HPe
[attachment=128662] &:&'70Ya
.. `I <2
[attachment=128661] O1c%XwMn^
8$( I! ;
[attachment=128653] gZ @ +62
'I[?R&j$G
YA+CAO控制 # QNN;&L]R
%:3XYO.w-
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。 f{BF% ;
3j7FG%\
[attachment=128649] (W 1 $+X
4Aj~mA
[attachment=128663] c 1 YDln
fO<40!%9cQ
[attachment=128650] J1w;m/oV
#GzALF97
使用指令STOP Telecentric 可以指定物方远心，在不同视场的入射主光线是相互平行的。 F8pA )!AH
m: @y_:X0
[attachment=128652] )+ .=z
-Vn#Ab_C
[attachment=128663] kR =sr/{
r T2Njy1
优化宏 @MSmg3 &
p -4$)w~6i
请评论区留言联系工作人员获取代码 K%q5:9 m
*X0>Ru [
基本参数 QLqtE;;)JK
L(y7 0T
[attachment=128656] K[[~ G1Z
;;0'BdsL`
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： pz%s_g'
_ *f>UW*,
[attachment=128654]
|
|