簡(jiǎn)述：采用現(xiàn)成透鏡設(shè)計(jì)光路，可壓縮開發(fā)周期，節(jié)約資金成本。然而，采用已有鏡片設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)難度較大，對(duì)設(shè)計(jì)師理論及經(jīng)驗(yàn)要求較高。本文針對(duì)此類設(shè)計(jì)需要的理論知識(shí)進(jìn)行講解，并分享設(shè)計(jì)中的操作經(jīng)驗(yàn)和小竅門。 s2+_`Ogg p+2%LYR u 光學(xué)透鏡加工工藝復(fù)雜、周期較長(zhǎng)（約6-8周），且造價(jià)高昂。若能采用已有鏡片設(shè)計(jì)光路，將節(jié)約時(shí)間和成本。
[S.zWPX9{ 圖 1：透鏡加工工藝一
圖 2：透鏡加工工藝二
3[kl` *` 然而，采用已有鏡片設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)難度較大，對(duì)設(shè)計(jì)師理論及經(jīng)驗(yàn)要求較高。除了對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)像差基本理論的掌握之外，需要設(shè)計(jì)師對(duì)鏡片形狀及擺放方向引起的像差變化有進(jìn)一步的、更深入的了解；也需要設(shè)計(jì)師多查閱專利文件，觀察、分析各經(jīng)典設(shè)計(jì)的透鏡擺放次序、方向，并進(jìn)行設(shè)計(jì)練習(xí)。 ufA0H
J)Yg 很多光學(xué)設(shè)計(jì)相關(guān)書籍，對(duì)像差理論有詳細(xì)論述，請(qǐng)查閱。 qV$0 ";d 此處，僅對(duì)透鏡彎曲和像差的關(guān)系，略作介紹。如圖示： .+ic6 當(dāng)物距較遠(yuǎn)時(shí)，光線平行入射，采用整體形狀向右側(cè)彎曲的透鏡，像差較��； 4J[csU 當(dāng)物像距接近時(shí)，光線發(fā)散入射，采用對(duì)稱的雙凸透鏡，像差較小； Tkh?F5l 當(dāng)物距較近時(shí)，光線發(fā)散角度持續(xù)增大，采用整體形狀向左側(cè)彎曲的透鏡，像差較小。 #D+.z)iZn 也就是說(shuō)，光線以哪種方式入射（平行、發(fā)散、匯聚），透鏡彎曲方向如何，均會(huì)影響到光路的像差、光斑大小、清晰度。 Ao9|t;i gX5.u9%C\
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圖3、物距及透鏡彎曲對(duì)像差的影響
Ei@al>. \ 圖 4 、透鏡組的彎曲方向
ef:Zi_o 圖 5 高斯物鏡中透鏡組的彎曲方向
8PRB_ny 圖4、圖5中，從簡(jiǎn)單的風(fēng)景物鏡、到逐漸復(fù)雜化的普羅塔鏡頭，再到消像散鏡頭和各類雙高斯鏡頭，透鏡組整體都趨向于彎向光闌。在查閱其他專利時(shí)，也會(huì)發(fā)現(xiàn)類似的規(guī)律，尤其是視場(chǎng)較大的系統(tǒng)。 ab_EH}j1\q A1j A$ 枯燥的理論講完，開始較為有樂趣的設(shè)計(jì)。 aSSw>*?Q 先從最簡(jiǎn)單的光路開始。 MG,?,1_ & 比如，設(shè)計(jì)一個(gè)準(zhǔn)直透鏡組：
$! UEpQ 圖6、準(zhǔn)直透鏡設(shè)計(jì)
`~qVo4V6Z 采用單片透鏡時(shí)，像差較大。此時(shí)可以采用兩片或兩片以上透鏡，組合出像差較小的光路。平行光入射時(shí)，透鏡需采用向右彎曲的形式。 Y;sN UX 又比如，設(shè)計(jì)一個(gè)拉姆斯登目鏡
l_ &T)Ei 圖7、單鏡片放大鏡彎曲取向
5PKdMEK|q 圖7，采用單鏡片，作為放大鏡時(shí)，人眼位置不同，鏡片的彎曲方向不同。 wA%,_s /U 直觀來(lái)看，人眼靠近鏡片時(shí)，視角較大，需保證整個(gè)視野的清晰度和像面平直，即校正像面彎曲和象散，此時(shí)，為了照顧大視場(chǎng)的像質(zhì)和像差校正，透鏡采用向眼睛彎曲的形式，降低大視場(chǎng)主光線在透鏡表面上的入射角度。 73E[O5?b 人眼遠(yuǎn)離鏡片時(shí)，視角較小，重點(diǎn)校正中心區(qū)域視場(chǎng)像質(zhì)即可。此時(shí)，采用背向眼睛的彎曲方式。 - s:NF;" 以上兩種方式的組合，即為一種經(jīng)典的目鏡結(jié)構(gòu)形式：拉姆斯登目鏡。 8qq'q"g 拉姆斯登目鏡靠近眼睛的鏡片，彎曲向眼睛，遠(yuǎn)離眼睛的鏡片，彎曲向物體。此時(shí)，像面平直。當(dāng)同樣的平凸透鏡，改變擺放方向時(shí)，場(chǎng)曲嚴(yán)重，大視場(chǎng)像質(zhì)嚴(yán)重下降。 #X<s_.7DJ 在采用現(xiàn)有透鏡設(shè)計(jì)光路時(shí)，此類問(wèn)題，需特別關(guān)注。
+]# p m9 圖 8：透鏡彎曲方向?qū)匪沟悄跨R像質(zhì)的影響
9q<?xO 圖9、拉姆斯登目鏡各形式及復(fù)雜化
_8?r!D#P;s 選取現(xiàn)成透鏡后，可在軟件里設(shè)置厚度變量及約束條件，優(yōu)化光路，以獲得像質(zhì)更好的結(jié)果。為了校正拉姆斯登目鏡的色差，可將單片替換為雙膠合透鏡。 YYd!/@|N5 采用現(xiàn)有鏡片，還能組合出各種各樣的簡(jiǎn)單的光路：小視場(chǎng)轉(zhuǎn)向鏡系統(tǒng)，大視場(chǎng)轉(zhuǎn)像系統(tǒng)、擴(kuò)束鏡等等。
uo^tND4a;j 圖10、（a）小視場(chǎng)大孔徑轉(zhuǎn)像鏡（b）大視場(chǎng)小孔徑轉(zhuǎn)像鏡
TUR2|J@n 圖11、擴(kuò)束鏡
[PU0!W; 那么，是否采用現(xiàn)有透鏡，就只能設(shè)計(jì)出較為簡(jiǎn)單的光路、復(fù)雜的光路是否可以實(shí)現(xiàn)呢？
G^w :c] 圖12、采用現(xiàn)成透鏡設(shè)計(jì)復(fù)雜光路
F:2V; 在采用現(xiàn)有透鏡，設(shè)計(jì)較為復(fù)雜的光路時(shí)，需結(jié)合設(shè)計(jì)軟件的優(yōu)化功能，逐步修改。設(shè)計(jì)之初，先不采用已有鏡片，而是像設(shè)計(jì)其他光路一樣，選擇合理的初始結(jié)構(gòu)，優(yōu)化鏡片，在光路符合設(shè)計(jì)要求之后，逐步修改鏡片形狀，逐步接近現(xiàn)有鏡片，最終替換為已有鏡片。 =Wl}Pgo! 大部分已有鏡片，為雙凸、雙凹、平凸、平凹透鏡。因此，在設(shè)計(jì)光路的后期，應(yīng)逐步將透鏡修改為以上形狀。 |H-zm&h>' 現(xiàn)成的雙膠合透鏡，在設(shè)計(jì)較為復(fù)雜的透鏡組時(shí)，不建議過(guò)多采用。因?yàn)榇蟛糠脂F(xiàn)有雙膠合透鏡，將球差和彗差校正至極小值。這類透鏡，無(wú)法通過(guò)光闌移動(dòng)，產(chǎn)生出足夠的衍生彗差、像散，不利于整個(gè)光路最終的像差平衡。 :YN,cI
