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SYNOPSYS 光学设计软件课程八十：复眼匀光系统设计

复眼透镜匀光原理：

把原本可能不均匀的准直光斑经过小透镜分割之后，再由积分透镜叠加到照射面上。

SYNOPSYS中的透镜阵列

所有可以在SYNOPSYS中定义的表面形状也可以被定义为相同的小透镜阵列。例如，这种元件在成型的塑料板中经常使用。当表面被赋予了想要的形状，只需用输入（在RLE或CHG文件中）声明它是一个数组ARRAY即可。

SN ARRAY NXARRAY NYARRAY XSPACING YSPACING

SN为表面编号，NX/NYARRAY为X和Y方向的镜头数。X/YSPACING为X/Y方向的阵列间隔。

例如，要在表面2上以3乘3的网格创建一个相同的小透镜阵列，小透镜之间的距离为0.1，可以输入

2 ARRAY 3 3 .1 .1

透镜阵列注意事项

需要一个自定义输入的圆形孔径或矩形孔径，以定义镜头阵列的总尺寸。这个孔径可以是倾斜偏心的。如果没有输入，程序将创建一个RAO矩形孔径，它将包括整个阵列。注意，这里的孔径适用于整个阵列，而不是个别的小镜头。

网格编号应该是奇数。中央的小镜片将在光轴上居中。

不能在阵列上设置任何倾斜、偏心、局部或全局的坐标。光线追迹会根据需要自动计算出一个临时的偏心，以便将每条光线放在最近的透镜单元上的正确位置，这将与上述所有选项相冲突。如果你需要用这些选项来定位阵列，请在阵列之前使用虚拟表面。阵列后面的标面可以随意指定。

为了正确显示阵列这个元件，另一边应该被分配一个与阵列相同的CAO或RAO孔径。如果另一边也涉及到小镜片，那么这一边也必须被声明为阵列：该指定适用于单个表面，而不是元件，因此两边都必须被定义为阵列。
不要在阵列后面的任何地方放置一个真实光阑。在这种情况下，通常没有一个唯一的主光线，而且光瞳搜索很可能不会收敛到想要的结果。

所有的输入参数都不应该是零。如果输入了零，程序会用合理的默认值代替。

以下为设计的复眼透镜阵列指标：

光源波长0.405微米

准直后光源发散角5°（无穷远平行光最大半视场角）

照亮区域直径为1.5mm

假设透镜单元半径0.3mm（入瞳半径）

透镜阵列为21*21

假设单复眼的曲率半径为2，计算得透镜的厚度为6mm左右

对应镜头文件联系工作人员领取

透镜的厚度用YMT求解计算近轴焦点

透镜后表面的曲率半径拾取前表面的负号

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补充为21*21的阵列

并且调整物方参数，扩大孔径等等。

对应镜头文件联系工作人员领取：

运行宏文件：

宏文件

    PER 0 0 0 0 0 
PLOT 
RED
RAY P 0 0 0.0476 0 
RED
RAY P 0 0 0 0
RED
RAY P 0 0 -0.0476 0 
RED
RAY P 0 0 0.0477 0 
RED
RAY P 0 0 0.0952 0 
RED
RAY P 0 0 0.142 0 
RED
RAY P 0 0 0.19 0 
RED
RAY P 0 0 0.143 0 
RED
RAY P 0 0 0.237 0 
RED
RAY P 0 0 0.952 0 
RED
RAY P 0 0 0.999 0 
RED
RAY P 0 0 0.905 0 
END

查看对于准直光束的复眼的效果

在初始透镜单元后方设置一个焦距为10的积分透镜作为初始结构

可以看到对于单个透镜单元的准直效果

在透镜阵列后面设置相同参数的积分透镜初始结构

运行以上宏文件，查看整体效果

需要做进一步优化

优化宏：

优化宏文件

  PANT
 VLIST RAD 3 4 
 VLIST TH 2 3 4 
 VLIST GLM ALL
 VY 3 CC   
 VY 4 CC   
 END
 AANT P 
AEC
 ACC 10 1 1
M -0.75 1 A P YA 0 0 0.0476 0 5
M 0.75 1 A P YA 0 0 -0.0476 0 5

M -0.75 1 A P YA 0 0 0.142 0 5
M 0.75 1 A P YA 0 0 0.0477 0 5
M 0 1 A P YA 0 0 0.0952 0 5

M -0.75 1 A P YA 0 0 0.237 0 5
M 0.75 1 A P YA 0 0 0.143 0 5
M 0 1 A P YA 0 0 0.1905 0 5

M -0.75 1 A P YA 0 0 0.3333 0 5
M 0.75 1 A P YA 0 0 0.2381 0 5
M 0 1 A P YA 0 0 0.2857 0 5
M -0.75 1 A P YA 0 0 0.4285 0 5
M 0.75 1 A P YA 0 0 0.3334 0 5
M 0 1 A P YA 0 0 0.381 0 5
M -0.75 1 A P YA 0 0 0.5238 0 5
M 0.75 1 A P YA 0 0 0.4286 0 5
M 0 1 A P YA 0 0 0.4762 0 5
M -0.75 1 A P YA 0 0 0.619 0 5
M 0.75 1 A P YA 0 0 0.5239 0 5
M 0 1 A P YA 0 0 0.5714 0 5
 END
 SNAP
 SYNOPSYS 20

运行第一个宏文件，查看整体效果

积分效果比较理想

照明模式查看

运行一个宏命令，如下图，查看照明模式的结果

用一百万条光线追迹，探测器分辨率为100

最终积分结果的分布和均匀度都还可以

优化积分透镜的位置和曲率半径、圆锥常数

用YA去控制每个复眼单元上下位置的光线聚集到固定的位置

注意正负号和中心光线的控制

不需要GSR/GNR等像差控制

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复眼透镜匀光原理：

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