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    [原创]无焦镜头设计 | SYNOPSYS 光学设计软件第70课 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2024-05-17
    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。 h0VeXUM;.  
    v)'Uoe"R%  
    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。 QwI HEmdM  
    4ug4[  
    无焦镜头的建模 *(VwD)*  
    8sL+ik"  
    在 SYNOPSYS 中,建模无焦镜头需要在 RLE 镜头文件中申明 AFOCAL。 /IC]}0kkp  
    X|60W  
    cty  
    ab<7jfFIa  
    无焦镜头的像质分析 [wUJ ~~2#  
    eZ(o_  
    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。 ?/KkN3Y_j[  
    JZD&u6tB   
    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。 .r-kH&)"GU  
    A2B]E,JMp  
    w)gMJX/0yw  
    ]tEH`Kl  
    无焦 DSEARCH e?dR'*-z  
    )/t=g  
    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 _Tma1 ~Gq  
    SwhArvS  
    AT I2  
    <P c;8[  
    无焦的像差控制 rf$ eg  
    vLM-v  
    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。 "=9)|{=m  
    }4xz,oN  
    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。 Dn;$4Dak(  
    Oxh . &  
    所以一般情况下不需要额外的指令去控制出射光线的平行度。 2iWxx:e  
    K.6xNQl{}  
    对于AFOCAL系统来说,BACK量是最后两个(虚拟)表面到之前的表面距离,这就方便控制目镜的接目距,在这个案例里我们使用BACK 20 0.1。 "ODs.m oq  
    W; ?'  
    对于无焦系统,有额外的几个控制近轴光线的参数 })ic@ Mmd$  
    g U v`G  
    PYA为边缘光线高度,可控制像高。 )<%IY&\  
    7p,!<X}%  
    PUA是边缘光线角度,可以控制远心率。 `,FvYA"  
    rh(77x1|(G  
    PYB是主光线的高度,可以控制光阑。 IZ+ZIR@}ci  
    :FI 4GR*?  
    PUB是主光线角度。 i>@"&  
    ^g n7DiIPH  
       @*~cmf&FIQ  
    $:0?"?o);  
    示例的DSEARCH宏 }m-+EUEo9  
    VXu1Y xY  
    v iM6q<Ht  
    iYzm<3n?  
    3 e<sNU?  
    OW8"7*irT  
    运行搜索宏可以得到10个初始结构,选择合适的初始结构: >*[Bq;  
    Kj*:G!r0.:  
    搜索宏 Twr<MXa  
    请评论区留言联系工作人员获取代码 P 4jg]g  
    /'>#1J|TlK  
    LXcH<)  
    Fu#mMn0c  
    nHmi%R7k  
    ZG)%vB2c  
    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。 x-ShY&k  
    t0gLz J  
    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。 }\)O1  
       +;wu_CQu  
    YA控制 -OV!56&  
    6/eh~ME=  
    这个宏添加了指令 M 0 10 A P YA 1 0 0 0 11  -!z,t7!  
    uE{nnNZy  
    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。 Z,m;eCLG]  
    K~Hp%.  
    tV,Y38e  
    O U3KB  
    a).bk!G  
    ~T<o?98  
    YA+PYA控制 6tg0=_c  
    f_GqJ7Gk]  
    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。 !|gln)|A  
    GT} =(sD L  
    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: +gQoYlso  
    7'9~Kx&+  
    <UcbBcW,  
    bC@9 */i  
    L0O},O  
    5>'1[e45  
    h tn?iLq  
    ~&Gw[Nd1  
    YA+CAO控制 %}asw/WiUa  
    h&}XG\ioNA  
    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。 gLef6q{}  
     XVKR}I  
    lIj2w;$v  
    U^$o< 2  
    P9aGDma  
    GCTf/V\#  
    E#=slj @  
    Ph*tZrd*#  
    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。 )q48cQ  
    7#BpGQJQ  
    T 6g(,xPcL  
    iCYo?>  
    mw1|>*X&R  
    b^Xq(q>5  
    优化宏 C 4 &1M  
    ;-1yG@KG  
    请评论区留言联系工作人员获取代码 /M;A)z  
    SDTX3A1  
    基本参数 x;cjl6Acm  
    Ol9'ZB|R  
    MDCK@?\  
    QDg\GA8|  
    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: %usy`4 2  
    ]_yk,}88d  
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