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。 #$rT 4N c;
9n AK6$/
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。 Wk#-LkI
V~"d`j
无焦镜头的建模 U$J_:~
&fhurzzAm
在 SYNOPSYS 中，建模无焦镜头需要在 RLE 镜头文件中申明 AFOCAL。 Bo(l !G
8VGXw;(Y,d
-#M~Nb I,
RKb3=}
*C
无焦镜头的像质分析 {+mkX p])R
!fjU?_[S
有焦镜头评价成像质量，一般会在距离空间，比如用RMS光斑尺寸评价。 BcO2* 3
j?) `VLZ
无焦的光线分析输出是在角度空间（即光线角度）中，而不是在像面的光线截距。OPD 输出表示波前与平面波的偏离。所以在 SYNOPSYS 建模无焦镜头时，像面要用两个平面虚拟表面来描述。MTF 的空间频率单位也从线对/毫米转换成线对/毫弧度。 _rh.z_a7w
2l4 i-;
CPE
F,,\
a8P 6-)W
无焦 DSEARCH QHz 76i!=>
yj9 gN}+
SYNOPSYS 的 DSEARCH 也可以直接搜索无焦镜头，会自动将一些尺寸量转换为角度量进行优化。 uKzz /Y {
~7lvY+k)<
w:@M|O4`
K1nwv"
无焦的像差控制 'MlC
1HEp
g7yHhF>%X
无焦的F数将会用近轴边缘出射光线的高度表示，可以用此控制像高或放大率。 #$)rwm.jW?
V]cY+4Y
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。 9@+X?Nhv5
/k Vc7 LC
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。 <4b o7XH
jM<Ihmh|
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。 n\DT0E ]
oob0^}^
对于无焦系统，有额外的几个控制近轴光线的参数： ," R_ve
IKp x~
PYA为边缘光线高度，可控制像高。 z:7F5!Z
}#^F '%zf
PUA是边缘光线角度，可以控制远心率。 /aE Q3 x
j"=jK^
PYB是主光线的高度，可以控制光阑。 IsL/p3|
t!C-G+It
PUB是主光线角度。
kS 9
$QnfpM%+=
^/,yZ :
%/C[\w p81
示例的DSEARCH宏 q0<`XDD`
T r!X2#)A!
9?6$ 2I
OaWq8MIZ-
A+8b] t_k
*r3vTgo$
运行搜索宏可以得到10个初始结构，选择合适的初始结构： 0~+ k
_s,svQ8#
搜索宏 ,"ZlY}!Gn
请评论区留言联系工作人员获取代码 (k45k/PAP
I{bi3y0
PS1~ 6f"D
YT8`Vz$ +
J6P
Tkm}^
Ca|;8ggf
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。 Xs_y!l
; & +75n
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。 t]XJ q
c5pG?jr+d
YA控制 (5
hu
W7v
u>#'Y+7
这个宏添加了指令 M 0 10 A P YA 1 0 0 0 11 (#lS?+w)
OwUbm0)h^V
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。 X=~QE}x
v2R:=d
')>
Qg=~n:j
@ RW %EXKt
6 H.Da]hk
v<W++X7z
YA+PYA控制 `Fr$q1qae{
*^() el,d
在这个宏中，我们添加了指令M 3 10 A PYA 11，用PYA（近轴边缘光线高度）来控制光阑（表面11）的大小为3。 471}'3
-`&;3
7
通过运行CAP命令，我们发现表面11的通光孔径实际上是4.6，大于控制目标3。这是因为我们控制了近轴边缘光线的高度（红色的光线），但是通光孔径是由主光线（蓝色和绿色的光线）的真实光线高度决定的，如下图所示： gX<C-y6o
l:HuG!
)-gyDA
gw:BKR'o
P])O\<)J
> { Q2S
Pip if.
KW\`&ki
YA+CAO控制 zT"#9 "["
x`&W[AA4
在这个宏中，我们用CAO操作数来控制光阑的大小为3。我们可以看到，现在来自不同视场的光线很好地填充了光阑。通过运行CAP命令，光阑孔径大小与我们的目标非常接近。然而，在这个系统中，BACK（从最后一个镜头表面（表面10）到STOP表面（表面11）的距离）要比之前的小。为了保持理想的BACK目标，我们需要在DSEARCH中增加该控制的权重，或者在搜索后的优化中尝试优化它。 tTal<4
,@xZuq+K<
t[Q\T0E
1)y} .y5S
Re_.<_$
A[MEtI=Q J
\&fK 8H1
he@swE&
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。 ko$R%W&T
]h6 <o*
J5wq} <8
NG ~sE&,7
KC'{>rt7
gC_U7a w
优化宏 q=U=Y
n
2cL< `
请评论区留言联系工作人员获取代码 rE
8-MB
KV Bz=
基本参数 (#~063N,#
2\ n6XAQ*
a9%#
J^ !
umk[\}Ip+P
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： .vg;K@{
Gwe9<
y
