SYNOPSYS 光学设计软件课程五十：反远摄物镜设计

dannie

我们在设计广角物镜的过程中，通常会希望将物镜的视场角尽量做大，在此基础上，光学成像系统的后截距（工作距）通常会比焦距更小，许多系统要在后截距范围中放置光学和机械组件，因此后截距如果太短，则结构上会有诸多不便。由此，“反远摄物镜”应运而生，它是一种具有大视场角和长后截距的物镜，往往至少由一片或者一组负透镜来作为前组，由天塞型正透镜作为后组。

本课将在下面给出一个学习例子:

1. 镜头F数：2.8

2. 波长：可见光

3. 半视场角：30°

4. 焦距：35mm

5. 后截距：50mm

6. 透镜组总长：75.2mm

7. 物距：无限远

8. 畸变<10%

9. 全视场光斑半径<0.023mm

10. 摄远比：后截距/焦距=1.43

根据设计要求写好进行DSEARCH宏的编写，进行初始结构的搜索

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运行编写好的搜索宏，系统会给我们生成10个初始结构供我们作为优化起点

在搜索出来的十个结构中，我们可以往前组透镜为负透镜，后组透镜为天塞型正透镜的方向去挑选初始结构进行调整优化，这里选择如下图所示的初始结构进行优化

搜索出初始结构后，系统会默认创建一个优化宏文件，您可以在其中看到我们事先编写的DSEARCH搜索宏时设置的优化目标以及系统自动生成的优化函数

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在命令窗口中输入SＰＥＣ查看此初始结构的一阶参数

可以看到，搜索出来初始结构的一阶参数，Ｆ数2.8、镜头组总长75.2ｍｍ、焦距35.0023ｍｍ、后截距50ｍｍ，基本上已经达到我们预想的设计要求

虽然此结构的一阶参数基本已经达标，但是可以看到结构里有的元件厚度太薄，在优化宏中添加控制元件厚度以及元件边缘厚度的命令，防止元件太薄或者羽化，随后运行优化宏进行优化，退火

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优化退火后得到如下结构

此时我们来查看系统的像差图分析哪种像差未达到设计要求，需要我们进行下一步的优化调整，此时发现系统的畸变仍然未达到要求

下面我们在优化宏中添加控制畸变的指令再次进行优化退火，指令通过控制高斯像高和实际像高的差值尽可能为0，来达到优化畸变的目的

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再次打开像差畸变图，可以看到经过优化退火后畸变已经得到改善，满足设计要求

这时我们查看系统主光线相交的位置，为系统插入光阑。我们观察到，此时系统的主光线交于第6面和第7面之间。

点击PAD窗口上方快捷键打开WS工作表，点击左侧快捷键，在第6面和第7面之间添加一个表面成为新的第7面并使其成为光阑

在工作表中将光阑置于第7面上

注释掉优化光阑的命令行并加大对边缘视场的优化权重再次运行优化宏

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随后在命令窗口中输入MRG，选择替换为成都光明的真实玻璃

最后系统的结构

查看此时系统的的一阶参数和像差

至此，反远摄物镜的一阶参数以及像差效果达到我们预想的设计要求，设计完成。