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。 NTq_"`JjZ
M <JX
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。 3\RD %[}
Z]uc *Ed
无焦镜头的建模 NB<8M!X/
v CsE|eMP
在 SYNOPSYS 中，建模无焦镜头需要在 RLE 镜头文件中申明 AFOCAL。 y2+f)Xp_.C
ggPGKY-b=
i45.2,
S}rEQGGR{
无焦镜头的像质分析 T P#Ncqh
g8E5"jpXx3
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。 pBe1:
NpGi3> 5
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。 `scW.Vem
sT1k]du T
KJJ :fG8'
4J[zNB]
无焦 DSEARCH 3M?O(oO
!EKt$8W
SYNOPSYS 的 DSEARCH 也可以直接搜索无焦镜头，会自动将一些尺寸量转换为角度量进行优化。 9~=zD9,|iA
JJ1>)S}X-
4I&(>9 @z<
wg[
+NWJ
无焦的像差控制 mg:kVS
vKW!;U9~P
无焦的F数将会用近轴边缘出射光线的高度表示，可以用此控制像高或放大率。 9LPXhxNwB
zf)*W#+
设置AFOCAL之后，DSEARCH自动生成的GSR/GNR等光线集指令将自动控制无焦系统出射光线的平行度，就像有焦系统里自动控制光斑尺寸一样。 q 1xSylE
}ACg#;>/+
所以一般情况下不需要额外的指令去控制出射光线的平行度。 -cU bIbW
T\.~!Q
对于AFOCAL系统来说，BACK量是最后两个（虚拟）表面到之前的表面距离，这就方便控制目镜的接目距，在这个案例里我们使用BACK 20 0.1。 (t3gNin
hwUb(pZ
对于无焦系统，有额外的几个控制近轴光线的参数： Y>3zpeQ!&
+a,#BS t
PYA为边缘光线高度，可控制像高。 ~*3Si(4l/
^!
h3#4
PUA是边缘光线角度，可以控制远心率。 &b JBsd@Os
A?04,l]y
PYB是主光线的高度，可以控制光阑。 4P?`<K'
6?5dGYAX<
PUB是主光线角度。 }>AA[ba"'
*MfH\X379
A-B>VX
cg^~P-i@*
示例的DSEARCH宏 4xT /8>v2|
:mDOqlXW/
whe% o
4E=QO!pVv
RL ex#j
1F>8#+B/W
运行搜索宏可以得到10个初始结构，选择合适的初始结构： ye(av&Hn
z2Wblh"_
搜索宏 lGK7XAx,
请评论区留言联系工作人员获取代码 ]O:u9If
88:YU4:l`N
}9U_4k
AXxyB"7A}
Muq~p~m}
?{ \7th37
这里，STOP LAST和STOP FIX在DSERACH宏中被用来设置光阑在最后一个表面。 5{ +>3J
-4Dz9 8du
但是GOALS的STOP LAST和STOP FIX只控制近轴光线。如下图所示，在近轴光线追迹的结果中，光阑确实是在最后一个表面，但在PAD图里实际看到光阑在像面前方一定距离。 =3% GLj
UxB3/!<5g3
YA控制 2s, cyCw&
z@ ZI$.w
这个宏添加了指令 M 0 10 A P YA 1 0 0 0 11 vq9O|E3
Ki:t!vAO
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 m-M2n
%j@/Tx/
0iC5,
e]>=;Zn
n| T$3j)
:{S@KsPqE
YA+PYA控制 JX ww_e[
!S7?:MJ?p\
在这个宏中，我们添加了指令M 3 10 A PYA 11，用PYA（近轴边缘光线高度）来控制光阑（表面11）的大小为3。 L~h:>I+pG
.
WJ
通过运行CAP命令，我们发现表面11的通光孔径实际上是4.6，大于控制目标3。这是因为我们控制了近轴边缘光线的高度（红色的光线），但是通光孔径是由主光线（蓝色和绿色的光线）的真实光线高度决定的，如下图所示： " + {2!
n(LO`{
;B2&#kot7
Nf* .r
=Gj~:| ;$
pHoxw|'Y
&xUCXj2-z
=B+dhZ+#S$
YA+CAO控制 ;D-k\kv
HC/a
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。 ]X7_ji(l,
QT F1~A\
~ [/jk !G
"g"%7jK
v`'Iew }
QCDica `+*
Je"X IhBr
l| \ -d
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。 FncP,F$8
E.N>,N
ub1~+T'O
J?t(TW6E
D8B\F5..c#
*yZta:(w-W
优化宏 dpge:Qhr
K x[+$Qt
请评论区留言联系工作人员获取代码 z muR n4Nv
1S +T:n
基本参数
\%]lsml
.!2
u#A
I:al[V2g
X?u=R)uG
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： 9P#kV@%(0c
6_rgRo&
