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_ kA!^ *"4l}& 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。
"dE[X`
}= y~ \uS 无焦镜头的建模
^ 4Ff8Y tmM; Z(9t 在 SYNOPSYS 中，建模无焦镜头需要在 RLE 镜头文件中申明 AFOCAL。
R@ /"B?`(f 5h Dy62PRr 
g5u4|+70 D*?LcxX 无焦镜头的像质分析
! IB}&m q)KOI` A 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。
#};Zgixo$ VZ y$ 0* 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。
[Fv,` */sm zA:q/i 
UO!} 0' @A(jo 32 无焦 DSEARCH
$|T Lt{ K Zy8tI# SYNOPSYS 的 DSEARCH 也可以直接搜索无焦镜头，会自动将一些尺寸量转换为角度量进行
优化。
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-5|el3%) Q<ia 无焦的像差控制
U@{> +G[ @LDs$"f9= 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。
+DR{aX/ll H*P+>j& 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。
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$s/ J& }1=s 所以一般情况下不需要额外的指令去控制出射光线的平行度。
Kv<mDA! 2;3&&yK2b 对于AFOCAL系统来说，BACK量是最后两个（虚拟）表面到之前的表面距离，这就方便控制目镜的接目距，在这个案例里我们使用BACK 20 0.1。
C3~~h|: G ;ZN>8NB 对于无焦系统，有额外的几个控制近轴光线的
参数：
D ]
n|d+ V B T 66kV PYA为边缘光线高度，可控制像高。
;OD-?bC </?ef& PUA是边缘光线角度，可以控制远心率。
o@]n<ZYo r KdsVW PYB是主光线的高度，可以控制光阑。
*.+F]- ] ` A*7 PUB是主光线角度。
+>Gw)|oX >K1e= S Y 
Z7[S698 w'V uC82SZ 示例的DSEARCH宏
4xg1[Z%: ~ _ tK.m3 
~ b66
; B I<9xl]a 
5 wN)N~JE Zr A*MN 运行搜索宏可以得到10个初始结构，选择合适的初始结构：
PxvxZJf$@ 8m
`Y 搜索宏
pS7 y3(_ 请评论区留言联系工作人员获取代码
<w8H[y"c $ndBT+ i 
aRI. &3- ,1lW`Krx 
QMrH%Y #UI`+2w 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。
nA.U'=` H1KXAy`& 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。
G v
} :eB+t`M YA控制
9.( [,J MBKF8b'k 这个宏添加了指令 M 0 10 A P YA 1 0 0 0 11
$#W^JWN1 7!m<d,]N 改为用YA控制真实边缘光线坐标在表面11为0，再次运行搜索，近轴光阑和真实光阑都在最后一个表面。
T?=]&9Y' /RxqFpu|. 
>c5 b].U/=Hs 
*-q &~ ^nOh 8L; YA+PYA控制
O*,O ]Q Z C<EPUV( 在这个宏中，我们添加了指令M 3 10 A PYA 11，用PYA（近轴边缘光线高度）来控制光阑（表面11）的大小为3。
0JR )-* ' .S02=/ 通过运行CAP命令，我们发现表面11的通光孔径实际上是4.6，大于控制目标3。这是因为我们控制了近轴边缘光线的高度（红色的光线），但是通光孔径是由主光线（蓝色和绿色的光线）的真实光线高度决定的，如下图所示：
Qm"~XP l b=fS% 
\ :q @I]2 t
U~q4$qqE 
h4Arg~Or Q`Pe4CrWvu 
/~fu,2=7 ,nP nH1vb YA+CAO控制
(I>S qM
Y ' @\[U0?@K 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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Fc!" Fy$ C._C$ 
c*" P+ wnLpf 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。
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a&O d& v 7l 
bun_R- l-h[I>TW Bqk+ne gQY`qz 优化宏
29|nt1 Z 5N ;xo?? 请评论区留言联系工作人员获取代码
q9InO]s&~= Ip8:~Fl] 基本参数
p_apVm\t_ >Apa^Bp 
P$^I\aGO [kgCB7.V 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：
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