| 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。 {zzc/!|
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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。 %G6Q+LMwm
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无焦镜头的建模 5rp,xk!
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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。 a(.q=W
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[attachment=128644] m nzB90<
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无焦镜头的像质分析 <&w(%<;
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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。 L#h uTKX}
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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。 m[aBHA^g
- Cn x!g}
[attachment=128645] C2e.RTxc
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无焦 DSEARCH ?,XrZRF
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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。 Z7]["
IKo,P$
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[attachment=128651] ]?p 9)d=%<
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无焦的像差控制 Q*jNJ^IW
N[=c|frho
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。 'kuLk M,
r..&6-%:N
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。 \9t/*%:
ZuLW%z.
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。 My6a.Kl
wXR7Ifrv
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。 uKA-<nM._c
D( \c?X"
对于无焦系统，有额外的几个控制近轴光线的参数： Jb;@'o6
Z\[6 'R4.#
PYA为边缘光线高度，可控制像高。 "J(T?|t
O 'rz
PUA是边缘光线角度，可以控制远心率。 x@*RF:\}
}Y~ <|vZ
PYB是主光线的高度，可以控制光阑。 Q]1s*P
* lo0T93B
PUB是主光线角度。 'L u d=u{
[AHoT lPZ
[attachment=128646] 4s@oj
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示例的DSEARCH宏 fK/|0 @B8
V=d~}PJ>
[attachment=128647] n@=D,'cn
m Yx6JU*`
[attachment=128657] mXwDB)O{)
oU d R,;h9
运行搜索宏可以得到10个初始结构，选择合适的初始结构： 2rGg
)z\ 73|w
搜索宏 vqhu%ZyP
请评论区留言联系工作人员获取代码 $Wn!vbL
L3;cAb/
[attachment=128655] ugV/#v O
k0bDEz.X
[attachment=128648] "}Oj N\
7`J= PG$A
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。 DCP
B9:u
b QgtZHO
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。 _{2/ QP}
Q TIC5cl,
YA控制 M@]@1Q.p
PfN[)s4F{R
这个宏添加了指令 M 0 10 A P YA 1 0 0 0 11 fR&x5Ika0
YH,u*.I^/
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。 /l` "@
F\2<q$Zn+
[attachment=128659] kXN8hU}iq
OrY^ ?E
[attachment=128658] &HBC9 Bx/(
\R[f< K%
YA+PYA控制 jaL#
* "d['V3
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。 _ SJ Fuv/
0bfJD'^9RP
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： 'FM _5`&
KY+BXGW*
[attachment=128662] |>/m{L[
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[attachment=128661] 9P& \2/ {
BIxjY!!"
[attachment=128653] lho0Xy
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UM}MK
YA+CAO控制 VXO.S)v2J
'M35L30
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。 ?wVq5^ e
avb'dx *q>
[attachment=128649]
JN-W`2
534DAhpD=.
[attachment=128663] B8 r#o=q1
KkZS 6rD\
[attachment=128650] L=&dJpyfT
<O3,b:vw
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。 oAF#bj_f
i#%!J:_=
[attachment=128652] o&RNpP*
)@_ 5}8
[attachment=128663] ;Dp<|n
IoCi(N;
优化宏 {ewo-dva
RYV:?=D7s
请评论区留言联系工作人员获取代码 ei!Yxw8d
;3&HZq6Z (
基本参数 ' 1D1y'
aucG|}B
[attachment=128656]
Xz!O }M{4
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5{\z
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： >k8FUf(c
Lnc>O'<5P9
[attachment=128654]
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