| 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。 } TsND6Ws3
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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。 |QxT "`rT
* $v`5rP
无焦镜头的建模 0qhSV B5
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在 SYNOPSYS 中，建模无焦镜头需要在 RLE 镜头文件中申明 AFOCAL。 MT(G=r8
y)0w M~E;2
[attachment=128644] VZEDBZ x*
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无焦镜头的像质分析 H3S fz'
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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。 b,o@ m
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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。 Xi"< 'E3_
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[attachment=128645] X@up=%(
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无焦 DSEARCH )R5=GHmL
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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。 pjrzoMF
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[attachment=128651] 3 {R7y
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无焦的像差控制 L6IF0`M<,I
Mi2l BEu,
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。 C .{`-RO
I%gDqfdL
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。 $hE,BeQ
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所以一般情况下不需要额外的指令去控制出射光线的平行度。 9w08)2$ Na
P DtLJt$
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。 !a<}Mpeg
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对于无焦系统，有额外的几个控制近轴光线的参数： {3R?<ET]mt
a+#A itd
PYA为边缘光线高度，可控制像高。 iIO_d4Z
ra>jV E0 `
PUA是边缘光线角度，可以控制远心率。 !K5D:x
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PYB是主光线的高度，可以控制光阑。 SC/V3f W,
- na o M
PUB是主光线角度。 (Aw!K`0Y1
} D0Y8
[attachment=128646] 0DgEOW9H
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示例的DSEARCH宏 &<\i 37y
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[attachment=128647] $ ";NS6 1
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[attachment=128657] iQj2aK Gs
Ub9p& =]h
运行搜索宏可以得到10个初始结构，选择合适的初始结构： +!9&zYu!
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搜索宏 ds|L'7
请评论区留言联系工作人员获取代码 R#w9%+
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[attachment=128655] +4--Dl?
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[attachment=128648] >p,FAz>
D8,V'n>L
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。 Y*q_>kps"
/C"?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。 9m:G 8j'
+(qs{07A$
YA控制 ,8/Con|o
)mvD2]fK
这个宏添加了指令 M 0 10 A P YA 1 0 0 0 11 Weu%&u-
>+8Kl`2sw;
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。 6-v QQ-\
!w #x@6yq
[attachment=128659] Al 1BnFB
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[attachment=128658] XEvDt DR
Z{gJ m9
YA+PYA控制
#:st>V_h
Q@HW`@i
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。 ;&8
ZB@Bj>,b p
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： +r cDA|
SB}0u=5
[attachment=128662] z=/xv},
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[attachment=128661] %\ef
Mhn
="Sa>-d o,
[attachment=128653] >L {s[pLJ
etk@ j3#
YA+CAO控制 pk5W!K
vE=)qn= a
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。 ="=Aac#n`
}W)c-91
[attachment=128649] 9;B6<`e/U
ZN]LJ4|xu
[attachment=128663] p z]T9ol~
3$Y (swc
[attachment=128650] f+o%N
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使用指令STOP Telecentric 可以指定物方远心，在不同视场的入射主光线是相互平行的。 mx:) &1
@ 4%a
[attachment=128652] map#4\
G*x"drP
[attachment=128663] :6}y gL*i
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优化宏 8p)*;Y
Kf!8PR$
请评论区留言联系工作人员获取代码 6x$1En
)QO"1#zg@c
基本参数 O?I~ XM'S
4gRt^T-?
[attachment=128656] Mc #w:UH[
(&y~\t] H
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： 5C^oqUZ
paG^W&`;
[attachment=128654]
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