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。
#j\*Lc"Ur: N'I?fWN!;R 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。
5sG ] 3z+1 }R4(B2v up 无焦镜头的建模
ZDW,7b% U D` 1I;Tb# 在 SYNOPSYS 中，建模无焦镜头需要在 RLE 镜头文件中申明 AFOCAL。
)J{.Cx<E /\6}S G; 
jM{qRfOrg \o0z@Ntq 无焦镜头的像质分析
5dbX%e_OP - $ xKv4 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。
6'S5sR A Bi'I18< 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。
6wa<'! pHq{S;R2G 
s4^[3|Zrr0 f<Va<TL6- 无焦 DSEARCH
!a. 3OpQ hz&^_ G6` 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。
ZJ;wRd@ n%7 A;l!{ 
;4+qPWwq8W se 4w~\/ 无焦的像差控制
aa%Yk" V @ dY/|/eOt<K 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。
.%-6&%1 <|m E9u 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。
de3yP, 8Sd?b5|G~ 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。
AT2NC6{M s^{{@O. 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。
gt] . rwo" ]L5Z=.z& 对于无焦系统，有额外的几个控制近轴光线的
参数：
^(E"3 c 3 C E 39W PYA为边缘光线高度，可控制像高。
S
jC)6mo PM#$H PUA是边缘光线角度，可以控制远心率。
,U} 5 JKEX YE PYB是主光线的高度，可以控制光阑。
NgDZ4& L f(w#LuW< PUB是主光线角度。
/6Jy'"+'0 -f-O2G= 
v@}1WGY 2 zmQp 示例的DSEARCH宏
.3S\Rrv 1{;[q3a 
%zIl_ /s X#f+m) S 
EU?& "(HA9: 运行搜索宏可以得到10个初始结构，选择合适的初始结构：
Q]2sj: wfU&{7yt 搜索宏
'p|Iwtjn> 请评论区留言联系工作人员获取代码
V PLCic,T .O@q5G 
g Km@B{rC YiY&; )w 
=+SVzK,+3 Sm*Jysy` 这里，STOP LAST和STOP FIX在DSERACH宏中被用来设置光阑在最后一个表面。
auyKLT3C VDb,$i. Z0 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。
O=!)})YG =0 !\F~ YA控制
3& fIO {m*V/tX 这个宏添加了指令 M 0 10 A P YA 1 0 0 0 11
01UR @?^LxqAWA 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。
d-#u/{jG) ]Lb?#S 
Wzf1-0t 9wDBC~. 
qD=m{O8%_ Zh fD`@>& YA+PYA控制
:+?W a vbr7X( 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。
a2 klOX{ ,;+91lR3 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：
4/-))F &s #?b^B~ # 
0F0Q=dZ foP>w4pB 
6yl;o_6: %t5BB$y 
zb~MF_ &gE #pm-nU%|_j YA+CAO控制
kUaGok? _ \y0 mc4 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。
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wMPw/a; ==jw3_W 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。
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~=A KX(Q ^]lwd" $ rM
>V=|9, vX0I^ 8. 优化宏
j~L1~@ f;tyoN0wHx 请评论区留言联系工作人员获取代码
=`\,2Nb c! u}KVH 基本参数
>*t>U8 b-(UsY: 
M6hvi(!X2
b\0Q: 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：
J"2ODB 5" l;W y,?p 
