SYNOPSYS 光学设计软件课程五十二：远摄物镜的设计

dannie

摄物镜的设计

在光学系统中，总长显然和焦距并不一定相等，它们的比（总长/焦距）称为“远摄比”。一般情况下，远摄比会大于1，但在一些应用领域中，例如航拍，会要求所用的物镜的焦距长，同时其结构也要紧凑，相当于要求远摄比要小于1，需要进行远摄型物镜设计来满足对应领域的需求。远摄物镜一般由正的前组和负的后组构成，前后组具有一定的间隔。下面我们通过一个五片式远摄物镜的设计来进行联系。

远摄物镜的设计要求：

1.镜头F数：3.0

2.波长：可见光；

3.半视场角：1.1°；

4.焦距：250mm；

5.镜头组总长：121.3mm；

6.后截距：53.7mm；

7.物距：无限远；

8.像高：5mm；

9.畸变<0.5%;

10.球差-色差<±0.5mm；

11.全视场光斑半径<0.01mm;

我们根据设计要求中的基本参数（F数、波长、视场角等）设置DSEARCH宏进行初始结构的搜索。

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运行搜索宏，系统会给我们生成10个初始结构供我们作为优化起点

我们按照远摄物镜的特点选择具有正的前组，负的后组，且中间具有一定间隔的结构进行优化

为了方便我们矫正球、色差，我们将前组的后两块元件，后组两块元件进行胶合，胶合透镜对于消色差，减小球差有很大的帮助。点击PAD窗口上的快捷键打开ws工作表，在PAD窗口左侧点击快捷键选择胶合功能，点击两元件空隙处即可。

  

      

         

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，运行默认的优化宏随后退火得到一个结构。在优化过程中我们要实时关注系统的一阶参数以及像差图来了解设计过程当中系统还有什么不足，什么因素所导致，防止我们优化的方向跑偏。

在命令窗口中输入SPEC查看此初始结构的一阶参数

可以看到系统的焦距、F数、以及像高与设计要求不符，并且可以看到此时系统的元件有点太厚了，我们接下来在优化宏中添加对焦距、F数、像高和元件厚度的指令，给予一定的权重，再次运行优化宏并进行退火

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再次在命令窗口中输入SPEC查看此初始结构的一阶参数

可以看到系统的一阶参数已经达到设计要求，打开畸变图、全视场光斑尺寸图以及球差-色差图

可以看到此时系统的一阶参数以及像差要求达到了我们设计的要求，随后我们开始给系统添加光阑，观察到主光线汇集的位置，点击PAD窗口上方快捷键打开WS工作表，选择将光阑置于表面5上并更新工作表。

注释掉优化光阑的命令行再次运行优化宏

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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,

替换玻璃后，在优化宏注释掉优化玻璃模型的命令行，运行优化宏，退火

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最终经过优化后得到如下结构

再次打开对应的像差图进行查看

最终设计出的远摄物镜像差已经满足设计要求，设计完成。