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。 i]}`e>fF
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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。 ^(~%'f
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无焦镜头的建模 4Bk9d\z
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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。 y-lBaTE9
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无焦镜头的像质分析 ?V' zG&n@
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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。 ~;yP{F8?
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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。 Y|~+bKa
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无焦 DSEARCH 0{qe1pb w
IM=3n%6
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。 f]48>LRE8
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# TPS? +(
无焦的像差控制 >o ) v
D] +]Br8
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。 Y>Fh<"A|$
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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。 D|D) 782
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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。 `&URd&ouJD
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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。 \k.W
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对于无焦系统，有额外的几个控制近轴光线的参数： v \dP
A.c NOous|
PYA为边缘光线高度，可控制像高。 hw2Sb,bY
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PUA是边缘光线角度，可以控制远心率。 MJ<jF(_=
*AJYSa,z
PYB是主光线的高度，可以控制光阑。 xjh(;S'
Y|cj&<o
PUB是主光线角度。 8 `}I]
mr>dZ)
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pvhN.z
示例的DSEARCH宏 }///k]_Sh
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GT ke<R
EIF"{,m
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6e%ZNw{#=
运行搜索宏可以得到10个初始结构，选择合适的初始结构： / " @cv{
cC]l O
搜索宏 !md1~g$rN
请评论区留言联系工作人员获取代码 Qv]>L4PO
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8 *^*iEsR
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cUr5x8<W).
这里，STOP LAST和STOP FIX在DSERACH宏中被用来设置光阑在最后一个表面。 BG/ R Nem
%R P\,|
但是GOALS的STOP LAST和STOP FIX只控制近轴光线。如下图所示，在近轴光线追迹的结果中，光阑确实是在最后一个表面，但在PAD图里实际看到光阑在像面前方一定距离。 L [tq@[(IJ
Bhk @0\a
YA控制 t'[`"pp=
Y%^qt]u.8
这个宏添加了指令 M 0 10 A P YA 1 0 0 0 11 !M}Z K(
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改为用YA控制真实边缘光线坐标在表面11为0，再次运行搜索，近轴光阑和真实光阑都在最后一个表面。 )i<Qg.@MX
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X'p %K/-m
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YA+PYA控制 A().1h1_k
V W( +sSQ
在这个宏中，我们添加了指令M 3 10 A PYA 11，用PYA（近轴边缘光线高度）来控制光阑（表面11）的大小为3。 4 wPP/`
|xrnLdng0R
通过运行CAP命令，我们发现表面11的通光孔径实际上是4.6，大于控制目标3。这是因为我们控制了近轴边缘光线的高度（红色的光线），但是通光孔径是由主光线（蓝色和绿色的光线）的真实光线高度决定的，如下图所示： KebC$g@W
I U\h,Ug
MH=Ld=i
7GRPPh<4
'^(qlCI
6t3Zi:=I
b ycn h
W !JEl|]
YA+CAO控制 gn lU
DJ` xCs!R
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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Gm=e;X;r
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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。 eg"A ?S
sLf~o" yb
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优化宏 } wx(P3BHD
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请评论区留言联系工作人员获取代码 Xt!wO W
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基本参数 bSa]={}L(
G )&!f)6
u24XuSe$
=b>e4I@
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： o w;a7
o 90[,
