| 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。 gX);/;9mm+
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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。 {<bByHT!
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无焦镜头的建模 *8Gx_$t&
KVJiCdg -
在 SYNOPSYS 中，建模无焦镜头需要在 RLE 镜头文件中申明 AFOCAL。 dq[CT
B6,"S5@
[attachment=128644] HZR~r:_
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无焦镜头的像质分析 fY \QI
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有焦镜头评价成像质量，一般会在距离空间，比如用RMS光斑尺寸评价。 P*G&pitT
V+_L9
无焦的光线分析输出是在角度空间（即光线角度）中，而不是在像面的光线截距。OPD 输出表示波前与平面波的偏离。所以在 SYNOPSYS 建模无焦镜头时，像面要用两个平面虚拟表面来描述。MTF 的空间频率单位也从线对/毫米转换成线对/毫弧度。 je.mX /Lpj
6Vi #O^>
[attachment=128645] JTrxh]
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无焦 DSEARCH eo"6 \3z
s>^* GQw
SYNOPSYS 的 DSEARCH 也可以直接搜索无焦镜头，会自动将一些尺寸量转换为角度量进行优化。 #}l }1^$
Bx2E9/S3
[attachment=128651] }wz )"
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无焦的像差控制 ,0;E_i7
)N<>L/R
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。 x-Yt@}6mvl
19h8p>Sx0
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。 ,:j^EDCsaJ
h$y1"!N(
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。 FX 0^I 0
OP{ d(~ +
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。 L9&Z?$6J_p
5Y JLR;
对于无焦系统，有额外的几个控制近轴光线的参数： ^!!@O91T
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PYA为边缘光线高度，可控制像高。 >cQ*qXI0
=D<46T=(RB
PUA是边缘光线角度，可以控制远心率。 dyD =R
Z'hW;^e%_z
PYB是主光线的高度，可以控制光阑。 3@_je)s
"EDn;l-Q
PUB是主光线角度。 mq do@
UeX3cD
[attachment=128646] /&K hk #
&CG3_s<2
示例的DSEARCH宏 esWgYAc3 {
FX4](oM
[attachment=128647] l0 r Zril
M n3cIGL
[attachment=128657] [-=PK\ B
k5P&F
运行搜索宏可以得到10个初始结构，选择合适的初始结构： :;#Kg_bz
n@Y`g{{e~
搜索宏 <$K%u ?
请评论区留言联系工作人员获取代码 1B}6 zJ
;spuBA)[X
[attachment=128655] !Yz~HO,u+
1)X%n)2pr
[attachment=128648] pTX{j=n!
s-J>(|
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。 j"7 z
OIe {Sx{y
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。 #swzZyM$
ke!)C[^7z
YA控制 cL7j e
"9>~O` l,
这个宏添加了指令 M 0 10 A P YA 1 0 0 0 11 3W 5|Y@0
%
Lhpj[C
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。 GTyS8`5E*
Z;P[)q
[attachment=128659] !FX;QD@"
Y7zg
[attachment=128658] C7[_#1Oz
K, WNM S
YA+PYA控制 XTUxMdN
z;xp1t @
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。 I QS |
f
nX!wN
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： hCD0Zel
pn{Mj
[attachment=128662] fILINW{Yk)
/ QZnN?k
[attachment=128661] U}x2,`PI
;XMbjWc
[attachment=128653] MMqkNe
:A g]^ot
YA+CAO控制 eu@-v"=w
#I'W[\ l~+
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。 i/2OE&*O[
Py^F},?J
[attachment=128649] / V+&#N
?}e8 g
[attachment=128663] B;r U
< N}UwB&
[attachment=128650] >pW8K[
@Y 1iEL%\y
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。 #UG| \}Lp
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[attachment=128652] 9<I@}w
+AhR7R!
[attachment=128663] #o SQWC=T
G"T)+! 6t
优化宏 UO47XAO
5"u-oE&
请评论区留言联系工作人员获取代码 = QHW>v
8 k9(iS
基本参数 IAf,TKfe
(cAv :EKpo
[attachment=128656] rk*Igqf
p%EU,:I6
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： e S8tsI
~O;!y%
[attachment=128654]
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