課程五十：反遠攝物鏡設計

我們在設計廣角物鏡的過程中，通常會希望將物鏡的視場角盡量做大，在此基礎上，光學成像系統的后截距（工作距）通常會比焦距更小，許多系統要在后截距范圍中放置光學和機械組件，因此后截距如果太短，則結構上會有諸多不便。由此，“反遠攝物鏡”應運而生，它是一種具有大視場角和長后截距的物鏡，往往至少由一片或者一組負透鏡來作為前組，由天塞型正透鏡作為后組。

本課將給出一個學習例子：

1. 鏡頭F數：2.8

2. 波長：可見光

3. 半視場角：30°

4. 焦距：35mm

5. 后截距：50mm

6. 透鏡組總長：75.2mm

7. 物距：無限遠

8. 畸變<10%

9. 全視場光斑半徑<0.023mm

10. 攝遠比：后截距/焦距=1.43

根據設計要求寫好進行 DSEARCH 宏的編寫，進行初始結構的搜索：

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運行編寫好的搜索宏，系統會給我們生成10個初始結構供我們作為優化起點：

在搜索出來的十個結構中，我們可以往前組透鏡為負透鏡，后組透鏡為天塞型正透鏡的方向去挑選初始結構進行調整優化，這里選擇如下圖所示的初始結構進行優化：

搜索出初始結構后，系統會默認創建一個優化宏文件，您可以在其中看到我們事先編寫的 DSEARCH 搜索宏時設置的優化目標以及系統自動生成的優化函數：

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在命令窗口中輸入 SPEC 查看此初始結構的一階參數：

可以看到，搜索出來初始結構的一階參數，Ｆ數2.8、鏡頭組總長75.2ｍｍ、焦距35.0023ｍｍ、后截距50ｍｍ，基本上已經達到我們預想的設計要求。

雖然此結構的一階參數基本已經達標，但是可以看到結構里有的元件厚度太薄，在優化宏中添加控制元件厚度以及元件邊緣厚度的命令，防止元件太薄或者羽化，隨后運行優化宏進行優化，退火。

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優化退火后得到如下結構：

此時我們來查看系統的像差圖分析哪種像差未達到設計要求，需要我們進行下一步的優化調整，此時發現系統的畸變仍然未達到要求。

下面我們在優化宏中添加控制畸變的指令再次進行優化退火，指令通過控制高斯像高和實際像高的差值盡可能為0，來達到優化畸變的目的。

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再次打開像差畸變圖，可以看到經過優化退火后畸變已經得到改善，滿足設計要求。

這時我們查看系統主光線相交的位置，為系統插入光闌。我們觀察到，此時系統的主光線交于第6面和第7面之間。

點擊PAD窗口上方快捷鍵打開 WS 工作表，點擊左側快捷鍵，在第6面和第7面之間添加一個表面成為新的第7面并使其成為光闌。

在工作表中將光闌置于第 7 面上：

注釋掉優化光闌的命令行并加大對邊緣視場的優化權重再次運行優化宏：

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隨后在命令窗口中輸入 MRG，選擇替換為成都光明的真實玻璃。

最后系統的結構：

查看此時系統的的一階參數和像差：

至此，反遠攝物鏡的一階參數以及像差效果達到我們預想的設計要求，設計完成。

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