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。 LZ*ZXFIg
5@@ilvwzz
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。 4] I7t
_Q OZ`st
无焦镜头的建模 ZC:7N{a
+(|
,Ke
在 SYNOPSYS 中，建模无焦镜头需要在 RLE 镜头文件中申明 AFOCAL。 uY|-: =
r5\|%5=J
3 At%TA:
n[` FoY
无焦镜头的像质分析 9TbRrS09
.~dNzonq
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。 TW}nO|qw
":N
E I
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。 z 7g=L@
?Q%X,!~ \:
5QUL-*t
dBMr%6tz
无焦 DSEARCH W~FM^xR?p
mXXU{IwUe
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。 - }9a%
<mdHca
Z]1jg>")
Rw ptF O
无焦的像差控制 P<A_7Ho
?#P@N4Uw}y
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。 JQ)w/@Vu=
/KH,11 )yc
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。 '&hk?
f/NfvLi(AU
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。 [ GqQ6\
ev;R; 0<
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。 wXnlu E
$@ (+"
$
对于无焦系统，有额外的几个控制近轴光线的参数： i j+)U`
Q9h;`G
7t
PYA为边缘光线高度，可控制像高。 I[v6Y^{q
. 8EaFEd
PUA是边缘光线角度，可以控制远心率。 Q,m1mIf
qTUyax
PYB是主光线的高度，可以控制光阑。 9d_
Zdc
MYVgi{
PUB是主光线角度。 0<C]9[l
$(8CU$gi=
"MNI_C#{
(B:+md\Q
示例的DSEARCH宏 yO`HL'SMo
(6#,
$Ze
\=NS@_t,
5b5Hc Inu
`}Z`aK
lqoJ2JMy
运行搜索宏可以得到10个初始结构，选择合适的初始结构： i~0x/wSl _
\ hr2#!
搜索宏 E +!A0!1
请评论区留言联系工作人员获取代码 70BLd(?
n3Q Rn^
o1zKns?
]Ll <Z
n kAS]sC
vlS+UFH0
这里，STOP LAST和STOP FIX在DSERACH宏中被用来设置光阑在最后一个表面。 z+(V2?xcvt
kt;uB
X3
但是GOALS的STOP LAST和STOP FIX只控制近轴光线。如下图所示，在近轴光线追迹的结果中，光阑确实是在最后一个表面，但在PAD图里实际看到光阑在像面前方一定距离。 bs9X4n5
6( 0ME$
YA控制 K*[`s'Ip-
9H #;i]t &
这个宏添加了指令 M 0 10 A P YA 1 0 0 0 11 ]]^eIjg>a6
"F+m}GJ=a
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, d oh i
eN{ewn#0.
sm?V%NX&
xg8$ <Ut
&b:SDl6
d$T 856
YA+PYA控制 la}Xo0nq0+
; xx u ,
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。 dn}'B %
>#Ue`)d`aY
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： !}pvrBS
@D@_PA)e(
x jK@Q1MJ
gHmy?+ )
!<#,M9
EA&
AREpZ 2GiU
fx3oA}
*)u%K YGr
YA+CAO控制 1 ` ={* *
M>_
U9g
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。 m:x<maP# E
-4!S?rHwd+
uP NZ^lM
;*[ oi
c>.=;'2
h =
Mmd
9L7jYy=A#
%s* F~E
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。 4IGn,D^
"l[ c/ q[
-ztgirU
XkRPD
U]}f]GK
wGhy"1g#
优化宏 n&\DJzW\#
B6J <
请评论区留言联系工作人员获取代码 Ce`#J6lT
@aY>pr5!
基本参数 tLSM]Q
VbfT dRD-
7;r Jr&.)
h;DLD8L
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： M T]2n{e
`PS^o#
