復眼勻光系統設計 | SYNOPSYS 光學設計軟件第80課
把原本可能不均勻的準直光斑經過小透鏡分割之后,再由積分透鏡疊加到照射面上。
SYNOPSYS中的透鏡陣列
所有可以在SYNOPSYS中定義的表面形狀也可以被定義為相同的小透鏡陣列。例如,這種元件在成型的塑料板中經常使用。當表面被賦予了想要的形狀,只需用輸入(在RLE或CHG文件中)聲明它是一個數組ARRAY即可。
SN ARRAY NXARRAY NYARRAY XSPACING YSPACING
SN為表面編號,NX/NYARRAY為X和Y方向的鏡頭數。X/YSPACING為X/Y方向的陣列間隔。
例如,要在表面2上以3乘3的網格創建一個相同的小透鏡陣列,小透鏡之間的距離為0.1,可以輸入:2 ARRAY 3 3 .1 .1
透鏡陣列注意事項
1. 需要一個自定義輸入的圓形孔徑或矩形孔徑,以定義鏡頭陣列的總尺寸。這個孔徑可以是傾斜偏心的。如果沒有輸入,程序將創建一個RAO矩形孔徑,它將包括整個陣列。注意,這里的孔徑適用于整個陣列,而不是個別的小鏡頭。
2. 網格編號應該是奇數,中央的小鏡片將在光軸上居中。
3. 不能在陣列上設置任何傾斜、偏心、局部或全局的坐標。光線追跡會根據需要自動計算出一個臨時的偏心,以便將每條光線放在最近的透鏡單元上的正確位置,這將與上述所有選項相沖突。如果你需要用這些選項來定位陣列,請在陣列之前使用虛擬表面。陣列后面的標面可以隨意指定。
4. 為了正確顯示陣列這個元件,另一邊應該被分配一個與陣列相同的CAO或RAO孔徑。如果另一邊也涉及到小鏡片,那么這一邊也必須被聲明為陣列:該指定適用于單個表面,而不是元件,因此兩邊都必須被定義為陣列。
5.不要在陣列后面的任何地方放置一個真實光闌。在這種情況下,通常沒有一個唯一的主光線,而且光瞳搜索很可能不會收斂到想要的結果。
6. 所有的輸入參數都不應該是零。如果輸入了零,程序會用合理的默認值代替。
以下為設計的復眼透鏡陣列指標:
光源波長0.405微米
準直后光源發散角5°(無窮遠平行光最大半視場角)
照亮區域直徑為1.5mm
假設透鏡單元半徑0.3mm(入瞳半徑)
透鏡陣列為21*21
假設單復眼的曲率半徑為2,計算得透鏡的厚度為6mm左右
對應鏡頭文件
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透鏡的厚度用YMT求解計算近軸焦點,透鏡后表面的曲率半徑拾取前表面的負號。
加入指令
1 ARRAY 21 21 0.600000 0.600000
2 ARRAY 21 21 0.600000 0.600000
把表面1和2補充為21*21的陣列,并且調整物方參數,擴大孔徑等等。
對應鏡頭文件
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運行宏文件,查看對于準直光束的復眼的效果:
對應宏文件
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在初始透鏡單元后方設置一個焦距為10的積分透鏡作為初始結構,可以看到對于單個透鏡單元的準直效果。
在透鏡陣列后面設置相同參數的積分透鏡初始結構:
運行宏文件,查看整體效果,需要做進一步優化。
對應宏文件
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優化宏:
優化宏文件
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運行宏文件,查看整體效果:
對應宏文件
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積分效果比較理想。
照明模式查看,運行一個宏命令,如下圖,查看照明模式的結果:
用一百萬條光線追跡,探測器分辨率為100,最終積分結果的分布和均勻度都還可以。
優化積分透鏡的位置和曲率半徑、圓錐常數。
用YA去控制每個復眼單元上下位置的光線聚集到固定的位置。
注意正負號和中心光線的控制,不需要GSR/GNR等像差控制。
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