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。
XN{Wx cZ #XG3{MGX[ 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。
X&i;WI Zrj#4 E 1 无焦镜头的建模
A f r*' F_I!qcEQ 在 SYNOPSYS 中，建模无焦镜头需要在 RLE 镜头文件中申明 AFOCAL。
R0mkEM 7{7Y[F0 
l]j;0 i 7SNdC8GZ~ 无焦镜头的像质分析
UZ "!lpg R_>. O?U4 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。
IZ iS3 r^H,H'BohJ 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。
5<Uh2c k~3\0man 
:{VXDT" C%{2 sMJz 无焦 DSEARCH
(nXnP{yb m*YfbOhs # 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。
X|G[Ma? 8aKS=(Z!j 
sKJr34 1Kr$JIcd 无焦的像差控制
=qpGAv_# t0r0{: 无焦的F数将会用近轴边缘出射光线的高度表示，可以用此控制像高或放大率。
gsUF\4A(J fK *l?Hr 设置AFOCAL之后，DSEARCH自动生成的GSR/GNR等光线集指令将自动控制无焦系统出射光线的平行度，就像有焦系统里自动控制光斑尺寸一样。
m ) rVzL qkz|r?R) 所以一般情况下不需要额外的指令去控制出射光线的平行度。
q2'}S
A/ J*Ie# :J] 对于AFOCAL系统来说，BACK量是最后两个（虚拟）表面到之前的表面距离，这就方便控制目镜的接目距，在这个案例里我们使用BACK 20 0.1。
iOSt=-p d R=0K 对于无焦系统，有额外的几个控制近轴光线的
参数：
&328pOT4 Q1ayd$W@< PYA为边缘光线高度，可控制像高。
>`/s+V gK@`0/ k{ PUA是边缘光线角度，可以控制远心率。
t\ 'M B ^fH)E"qq5 PYB是主光线的高度，可以控制光阑。
t_* x. {x- >B=s+ }/ME PUB是主光线角度。
6\jbSe 6 eu7&Kj' 
r :$*pC&{ nnvS.s`O 示例的DSEARCH宏
B3D }'< ;\6@s 3 
S=.%aB :zq Un&k& 
Di27=_J 023uAaI^3r 运行搜索宏可以得到10个初始结构，选择合适的初始结构：
j@^ zK!mO JM ?__b7g2 搜索宏
GQk/ G0*& 请评论区留言联系工作人员获取代码
z wRF-{s *OdmKVw6G 
"Nb2[R v\MQ?VC 
Yw]$/oP` Q BH|pr
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。
WVhQ?2@ } R4R\ B 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。
@$ Nti> m.
p' LF YA控制
u\=
05N6G O[eU{ ;P 这个宏添加了指令 M 0 10 A P YA 1 0 0 0 11
r@]`#PL d>W#c8X> 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。
.-
(n~fe-?}8 @: =vK?8L 
zPybP E8 * ?~"Jw YA+PYA控制
!lL
`L \ K(l SR 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。
6}Tftw$0z 7FyE ? 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：
lMh >eX *PV7 s 
= 'w 2"4 C4d'z(< 
zVf79UrK Z< ^EZX3N 
+ 9|0\Q G4P*U3&p YA+CAO控制
3**t'i WQ y!}XlllV 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。
1 I.P7_/ E`(=n(Qu 
^b`-zFL 7 r-L& ee 
QdcuV\B} lF.kAEC 
lw}7kp4
2F *QWOW g4w 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。
X$1YvYsID xP9h$! 
T?d}IDv1 gp{C89g P
~/)] `w 7NWkN7:B 优化宏
vY|YqWt +
jeOZ 请评论区留言联系工作人员获取代码
P(2OTfGGx ~$C<^?"b 基本参数
]Q0bL 1 hFh F^ 
BY [7`@ bE mN
tp^ 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：
dR< d7 3 )#Nc| 
