設計要求：

1）焦距：2.9mm ± 0.1mm；

2）靶面：1/2.7” (H5.376 V3.888 D6.635)；最大像面：≥6.9mm；

3）FNO. : 1.8 ± 5%；

4）光學后焦：≥4.5mm（包含 Filter+CG）；

5）CRA: ≤20°（φ6.635mm 范圍內）;

6）Filter+CG : 0.7mm（H-k9L）;

7）光學總長: ≤20mm;

8）參考波長權重設置如下；

波長 (μm） 權重

0.436 1

0.546 1

0.656 1

9）光學畸變：-5%~1%；

10）Rel: ≥40%（φ6.635mm）；≥35%（φ6.9mm）；

11）解像標準:MTF 在 180lp/mm 時，中心視場至 0.8 視場高于 0.3（按像高φ6.9mm 計算視場）；

12）進行公差分析。

13）進行鬼像分析，150°范圍內的燈光，鬼像相對能量小于 1*10e-6

看到這個要求后，分析系統的參數，系統的焦距較短，像面較大，而且畸變為-5%~1%，所以這個只能是一個ftanθ系統。視場角大概在100°左右，所以這個系統為一個廣角系統。

常見的廣角系統構型有雙高斯和反遠攝構型。

雙高斯構型

反遠攝構型

以上兩種構型都能實現大視場，短焦距的要求。但是從圖上也可以看出，雙高斯的邊緣視場的主光線出射角較大，而反遠攝的較小，其原因在于雙高斯構型是對稱的形式，所以主光線的出射角度和入射角度大小差不多大。因此雙高斯構型的邊緣視場的相對照度也會較低。根據以下公式可以得出。

當出射角度增大時，邊緣視場的照度相對于中心視場的照度會降低很多。因此本系統使用雙高斯構型設計很難滿足需求。

對于反遠射構型，也是雙高斯的一種變形，從雙高斯發展而來。主要組成部分為前端的負光焦度元件和后端的具有正光焦度元件。對于軸外的大視場的入射光經過前端的負組發散，進入后端的入射角度變小，因此到像面的入射角也隨之變小。更容易滿足要求。

下面會根據要求，做一個完整的設計實例，最終的效果滿足設計需求。

以上是對光學初始構型的分析，具體設計我的想法是先找個反遠攝的初始結構，然后在其基礎上修改參數即可。

對于視訊鏡頭，網上也有很多專利可以參考，如CN116184630A和CN 111708144 A等，可以參考他們的專利進行設計。

專利1

第一個專利采用的是9片玻塑混合設計，光圈F數為2.1，系統焦距4 .35mm≤f≤4.46mm，視場角為90度，總長小于31，相對照度大于40%。

第二個專利采用的是8片玻塑混合設計，光圈F數為2.4，系統焦距為1.87mm，視場角為125度，總長小于24.05mm。

根據以上兩個專利分析，兩個都可以作為初始結構作為起點往后設計，但是對于我個人而言，更傾向于后者，鏡片更少一些且視場大于我們要用到視場，總長也比較接近目標長度。

在這里，我并不用以上的初始結構作為起點，而是在codev的鏡頭專利庫中選擇一個初始結構作為起點，選取的標準如下：

選取了以上專利作為初始構型

系統總共9片透鏡，且都為球面透鏡，且初始結構的焦距為100mm，全視場為84度。總長為385mm。這個距離我們的需求還差的很遠，因此需要對此系統進行縮放處理。縮放比例選擇0.03，且需要縮放系統參數。縮放后系統總長11.56。

縮放后的和縮放前的無差，接下來就需要對這個系統進行優化調整。將半徑和厚度作為變量進行初始優化。主要要控制系統的焦距和總長。經過幾輪優化后可以得到以下結果。

目前視場還未達到要求，而且后截距也較短，接下來在此基礎上繼續優化，在設置上，由于視場較大，使用廣角模式進行優化。

此時并沒有控制畸變，視場也不滿足要求，接下來控制畸變并且一點點增大視場。優化后的畸變如下。

視場還差一點滿足要求，接下來增大視場，且要控制相對照度。視場增大到50度，照度和二維圖如下。

照度圖

目前照度還沒有達到要求，造成照度不滿足的原因主要有邊緣視場漸暈較大，或者是邊緣視場主光線出射角太大。因此需要優化一下邊緣視場主光線出射角度，約束小于20度。

由于系統存在畸變，入射為90度的時候像高也只有3.2mm，因此將系統的視場設置為真實像高，并將最大視場設置為3.45mm。繼續優化。

目前主要矛盾都已經解決，視場，長度，出射角，畸變等都差不多滿足系統要求，接下來就是把系統原始的虛擬玻璃換成實際玻璃，并運行玻璃專家進行替換。玻璃替換后如下圖所示。

接下來增加非球面，選擇最后一片透鏡作為非球面，繼續優化，誤差函數也降到了3.6，如下圖所示。

再進行玻璃專家替換玻璃，這次將玻璃和塑料放在一起替換。優化后將第一片透鏡設置為非球面，繼續優化。

這時，相對照度還不夠，需要控制一下相對照度，再繼續優化，結果如下，基本要求已經全部滿足。

二維圖

MTF

相對照度

畸變

設計到這里，大概的初始構型已經設計好了，接下來可以增加非球面或者減少鏡片，做進一步優化。

最后，有光學設計相關需求，歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯系。