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。 "=
%"@"<)
e(a,nZF.
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。 k7rg:P
"0Z /|&
无焦镜头的建模 6'N_bNW
&v*4A Z['
在 SYNOPSYS 中，建模无焦镜头需要在 RLE 镜头文件中申明 AFOCAL。 6lg]5d2CD
'R'hRMD9o
~7KH/%Z-
)sdHJ
无焦镜头的像质分析 Z}0xK6
ezL1,GT
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。 4t
}wM OR
;A@DE@^5w
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。 XC~"T6F
-N^Ah_9ek
*A8*FX>\F
Spx%`O<
无焦 DSEARCH {_* G"A 9
MG.c`t/w
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。 c CDT27 @
!',%kvJI
"u4x#7n|
#[x*0K-h
无焦的像差控制 /D;ugc*3
CC" a2Hu/
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。 DMsqTB`
}T\.;$f
设置AFOCAL之后，DSEARCH自动生成的GSR/GNR等光线集指令将自动控制无焦系统出射光线的平行度，就像有焦系统里自动控制光斑尺寸一样。 ^?(#%~NS
O.QR 1
所以一般情况下不需要额外的指令去控制出射光线的平行度。 tF-l=ph}`
;a@riPqx!
对于AFOCAL系统来说，BACK量是最后两个（虚拟）表面到之前的表面距离，这就方便控制目镜的接目距，在这个案例里我们使用BACK 20 0.1。 f1'X<VA
9#hp]0S6
对于无焦系统，有额外的几个控制近轴光线的参数： H<fi,"X^
Yl'8"
\HF
PYA为边缘光线高度，可控制像高。 /%,aX [
|:#Ug
PUA是边缘光线角度，可以控制远心率。 z a_0-G%C2
KFO
K%vbM
PYB是主光线的高度，可以控制光阑。 zb4@U=?w}
`W+-0F@Y?@
PUB是主光线角度。 ~/JS_>e#6P
W/t,7lPFb
-V~Fj~b#
<a=OiY
示例的DSEARCH宏 +HUy,@^ Pa
CP2wg .
S _U |w9q
MbInXv$q2/
@73kry v
eXnSH$uI
运行搜索宏可以得到10个初始结构，选择合适的初始结构： 5 RWqHPw+
iZ}c[hC'3`
搜索宏 3o>JJJ=]
请评论区留言联系工作人员获取代码 V O {z)_
z?Z "*z
GJQ>VI2cY
s1: :\&`za
Pvt!G
(X\]! 'A
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。 :5j+^/
6qTMHRI
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。 u0=&_Q(=
5HHf3E [
YA控制 zvq}7,
oidK_mU9q
这个宏添加了指令 M 0 10 A P YA 1 0 0 0 11 73'A Q")UJ
=ca[*0^Z7
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。 |1A0YjOD
!Z\Gv1
0n2H7}Uq
z d$?2y8
xgkC N$zQ`
i
g7|kl
YA+PYA控制 RkF^ V(
a;IO L
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。 q&9]4j
lo6upir ZX
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： Rsq EAdZw[
(vD==n9Hd
7 _j t =sr
v9 /37AU
J> ,w},`
>cmz JS
YG= :lf
gk?H@b*
YA+CAO控制 X|!@%wuGC
w<h8`K`3
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。 h/:LC 7
OMo /a%`
$ `\qY ^.(
#tsP
u0k'Jh]K
N>a~k}pPH
[Rq|;p
`DSFaBj,
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。 {%k[Z9*tO
q )C
Xu
Fz<1xyc(
wxJ"{(;
F|!=]A<
Y?K?*`Pkc1
优化宏 8tjWVo
_D{FQRU<YD
请评论区留言联系工作人员获取代码 H l(W'>*oL
0<4'pO.6Hq
基本参数 0(u}z
!U P B4I
k^; /@:
u^]Gc 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： b W/T}FN D
r7}KV| M
