有限共轭距近对称物镜设计需注意什么？

武汉墨光

有限共轭距近对称成像又称有限物距成像，在实际工程应用中，大部分物镜都是有限共轭距成像，即物距和像距均为有限的情况。

那么我们在做有限远共轭距对称成像物镜之前，要了解一下几个基本公式。

1.偏角公式和光圈F数

薄透镜成像的偏角公式为：

关于相对孔径，有两种定义：

(1) “image space F/#”指的是平行光入射时的光圈数，不论物距无限还是有限，即

在该式中，D为入瞳直径，u’∞为平行光入射形成的孔径角。

(2) “paraxial working F/#”定义为给定共轭距下像方孔径角对应的光圈数，即

在该式中,l’为像距，是在傍轴光学或者理想光学的框架下定义的，在物距为无限远时FW=Fima,但是在有限共轭距时两者不相等，一般FW＞Fima。

对于对称双高斯镜头，我们同样可以使用SYNOPSYS的初始结构搜索功能，在搜索出来的结构基础上在进行结构调整优化。

技术指标：

波段：可见光（VIS）

F数：12.5

像高：82.6mm

半视场角：27.4°

焦距：100mm

后焦：160.1mm

总长：58.7mm

根据参数设置好搜索宏：

软件搜索结果：这里软件给出了10个初始结构。

我们选择镜头结构接近双高斯的镜头作为初始结构

接下来手动去调整镜头结构。使其具有双高斯结构的形状：删掉最后一片元件；在1，3之间插入一个元件，其曲率半径和7相反数，厚度相等，折射率阿贝数和元件7一致，修改之后如下图所示。

接下来将第2、3元件和第4、5胶合

添加表面6，将其设置成光阑

将面7到11的曲率半径依次拾取面5到1的曲率半径，将面6到10的厚度依次拾取面5到1的厚度，第11面厚度固定在160.1，物距固定在160.1，满足-1X“近对称”成像。

镜头结构设置完成后，进行优化

在进行优化和模拟退火，完成满足指标之后，将玻璃模型替换成真实材料

选择成都光明的玻璃库

经过优化退火，最终可以得到一个符合参数要求且像质较好的双高斯镜头

二维图：

像散：

像散小于1mm，满足技术指标

畸变：

畸变小于0.0001%，满足技术指标

RMS光斑半径：

全视场小于14um，满足技术指标

横向色差图：

以上是我设计有限共轭距近对称成像物镜的思路，大家有其它见解可以留言，一起探讨！