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。 :`W|hE^
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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。 T@48 qg
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无焦镜头的建模 !1:@8q
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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。 L*
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无焦镜头的像质分析 w6zBVi
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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。 G\~^&BAC
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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。 Mq\~`8V
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无焦 DSEARCH A,XfD} +:Z
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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。 iuAq.$oi{
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无焦的像差控制 ]+%=@mWYs
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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。 bZ5n,KQA5
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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。 fluGf
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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。 ;}4k{{K
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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。 m|4LbWz
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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: |uUuFm
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PYA为边缘光线高度,可控制像高。 3M
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PUA是边缘光线角度,可以控制远心率。 JvJ;bFXD
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PYB是主光线的高度,可以控制光阑。 2d&^Sp&11
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PUB是主光线角度。 !S,pRS+
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示例的DSEARCH宏 /'&v4C^y>
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运行搜索宏可以得到10个初始结构,选择合适的初始结构: :,YLx9i>
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搜索宏 X_?%A54z?
请评论区留言联系工作人员获取代码 ?>?ZAr
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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。
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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。 |"\lL9CT
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YA控制 Y3M','H([
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这个宏添加了指令 M 0 10 A P YA 1 0 0 0 11 mxhW|}_-j
V=9Bto00
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。 /cY[at|p
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YA+PYA控制 ]>*I) H)
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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。 ]E..43
KM@`YV_"g
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: |{!Ns +'
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YA+CAO控制 nu(eLUU
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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。 z22N7W=7
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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。 N6f%>3%1|.
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优化宏 !zF4 G,W
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请评论区留言联系工作人员获取代码 64;oB_
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基本参数 JO]`LF]
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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: vl>_e
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