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。 ~NgA ;C#F>SG\S 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。 `7Q<'oK M^Yh|%M 无焦镜头的建模 bP#:Oi0v` uc{Ihw 在 SYNOPSYS 中,建模无焦镜头需要在 RLE 镜头文件中申明 AFOCAL。 7"D",1h ^e5=hH-% [attachment=128644] QZwNw;$k* /N+dQe 无焦镜头的像质分析 P5V}#;v o[4}h:> dq 有焦镜头评价成像质量,一般会在距离空间,比如用RMS光斑尺寸评价。 #MkTkm&r #zy:a% 无焦的光线分析输出是在角度空间(即光线角度)中,而不是在像面的光线截距。OPD 输出表示波前与平面波的偏离。所以在 SYNOPSYS 建模无焦镜头时,像面要用两个平面虚拟表面来描述。MTF 的空间频率单位也从线对/毫米转换成线对/毫弧度。 ]m q|w g-k|>-h [attachment=128645] (x|T+c"bAX `hm-.@f,9 无焦 DSEARCH rKc9b<Ir }K>d+6qk5 SYNOPSYS 的 DSEARCH 也可以直接搜索无焦镜头,会自动将一些尺寸量转换为角度量进行优化。 X`/k)N>l AN m
d! [attachment=128651] i"FtcP^ K3m/(jdO 无焦的像差控制 iyE7V_O T B@))8.h] 无焦的F数将会用近轴边缘出射光线的高度表示,可以用此控制像高或放大率。 dQX6(Jj uMv,zO5 设置AFOCAL之后,DSEARCH自动生成的GSR/GNR等光线集指令将自动控制无焦系统出射光线的平行度,就像有焦系统里自动控制光斑尺寸一样。 8d{0rqwNE O\tb R= 所以一般情况下不需要额外的指令去控制出射光线的平行度。 T<>,lQs(a M0"_^? 对于AFOCAL系统来说,BACK量是最后两个(虚拟)表面到之前的表面距离,这就方便控制目镜的接目距,在这个案例里我们使用BACK 20 0.1。 zI uJ-8T" ttQGoUkj 对于无焦系统,有额外的几个控制近轴光线的参数: RBd7YWo\|j n&/
` PYA为边缘光线高度,可控制像高。 VGN5<?PrN Ee#q9Cx^J PUA是边缘光线角度,可以控制远心率。 .V<+v-h 4"ZP 'I; PYB是主光线的高度,可以控制光阑。 I
34>X`[o (mB&m@-N PUB是主光线角度。 MjRHA^b
/maJtX' [attachment=128646] T763:v ?$pCsBDo 示例的DSEARCH宏 9=tIz ~8+ Zs [attachment=128647] y.k~Y0 4_lrg|X1 [attachment=128657] wHLLu~m\ TX/Xt7#R: 运行搜索宏可以得到10个初始结构,选择合适的初始结构: >:!5*E5? ~ Iuf}D; 搜索宏 T!{w~'=F 请评论区留言联系工作人员获取代码 8,%^
M9zBP hfTY. [attachment=128655] Z{d^- ~~P5k: [attachment=128648] kD%( _K5 Y=KT eYW` 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。 5tkAFb4P q2j{tP# 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。 X?',n
1 ?V=ZIGj YA控制 }X6m:#6 #{6/ (X 这个宏添加了指令 M 0 10 A P YA 1 0 0 0 11 U)gH}0n& b%`1cV 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。 q;CiV B9 uoVcW [attachment=128659] 0d&6lqTo / SB;Von [attachment=128658]
(ZizuHC 'H!Uh]! YA+PYA控制 m0SlOgRsk \\qZl)P_ 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。 X_h}J=33Q %> eiAB_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: 8<.Oq4ku cq]6XK-W [attachment=128662] L2z[ <'*LRd$1 [attachment=128661] o.!Dq7R w@E3ZL^ [attachment=128653] eMsd37J HV|,}Wks6s YA+CAO控制 4HlQ&2O%# 3 0H?KAV 在这个宏中,我们用CAO操作数来控制光阑的大小为3。我们可以看到,现在来自不同视场的光线很好地填充了光阑。通过运行CAP命令,光阑孔径大小与我们的目标非常接近。然而,在这个系统中,BACK(从最后一个镜头表面(表面10)到STOP表面(表面11)的距离)要比之前的小。为了保持理想的BACK目标,我们需要在DSEARCH中增加该控制的权重,或者在搜索后的优化中尝试优化它。 )t#W{Gzfmh eauF~md, [attachment=128649] 4[eXe$ 6_Y,eL]" [attachment=128663] ,O(hMI85] bG#>uE J- [attachment=128650] :I#V. :F?C)F 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。 iBaA9 /8S>;5hvK@ [attachment=128652] y)@wjH{6 GTd,n= [attachment=128663] rILYI;'o g-
gV2$I 优化宏 02^ rV*re 4r}51 N\ 请评论区留言联系工作人员获取代码 WsB ?C&>x @ 6vIap| 基本参数 XL^GZ M= (u]%\ [attachment=128656] 9'B `]/L h_'*XWd@ 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: 9.#<b|g xqh [attachment=128654]
|
|