簡述：采用現(xiàn)成透鏡設(shè)計光路，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)計光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)計難度較大，對設(shè)計師理論及經(jīng)驗要求較高。本文針對此類設(shè)計需要的理論知識進(jìn)行講解，并分享設(shè)計中的操作經(jīng)驗和小竅門。 9cj:'KG)! IJs` 3 ? 光學(xué)透鏡加工工藝復(fù)雜、周期較長（約6-8周），且造價高昂。若能采用已有鏡片設(shè)計光路，將節(jié)約時間和成本。
.=K@M"5& 圖 1：透鏡加工工藝一
圖 2：透鏡加工工藝二
jLZ~9FXF2 然而，采用已有鏡片設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)計難度較大，對設(shè)計師理論及經(jīng)驗要求較高。除了對光學(xué)設(shè)計像差基本理論的掌握之外，需要設(shè)計師對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)計師多查閱專利文件，觀察、分析各經(jīng)典設(shè)計的透鏡擺放次序、方向，并進(jìn)行設(shè)計練習(xí)。
ft$/-; 很多光學(xué)設(shè)計相關(guān)書籍，對像差理論有詳細(xì)論述，請查閱。 !rwv~9I 此處，僅對透鏡彎曲和像差的關(guān)系，略作介紹。如圖示： j[c|np4k\ 當(dāng)物距較遠(yuǎn)時，光線平行入射，采用整體形狀向右側(cè)彎曲的透鏡，像差較�。� NB >fr#pb 當(dāng)物像距接近時，光線發(fā)散入射，采用對稱的雙凸透鏡，像差較�。� 7
bpV= 當(dāng)物距較近時，光線發(fā)散角度持續(xù)增大，采用整體形狀向左側(cè)彎曲的透鏡，像差較小。 M#2DI?S@ 也就是說，光線以哪種方式入射（平行、發(fā)散、匯聚），透鏡彎曲方向如何，均會影響到光路的像差、光斑大小、清晰度。 *xt3mv/< z oU{m\r
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圖3、物距及透鏡彎曲對像差的影響
Qs*g)Yr 圖 4 、透鏡組的彎曲方向
F7L+bv 圖 5 高斯物鏡中透鏡組的彎曲方向
Q;`#ujxL 圖4、圖5中，從簡單的風(fēng)景物鏡、到逐漸復(fù)雜化的普羅塔鏡頭，再到消像散鏡頭和各類雙高斯鏡頭，透鏡組整體都趨向于彎向光闌。在查閱其他專利時，也會發(fā)現(xiàn)類似的規(guī)律，尤其是視場較大的系統(tǒng)。 #:2 36^xYS mNs&*h} 枯燥的理論講完，開始較為有樂趣的設(shè)計。 ]3C7guWz 先從最簡單的光路開始。 )Ibp%' H 比如，設(shè)計一個準(zhǔn)直透鏡組：
&grT} 圖6、準(zhǔn)直透鏡設(shè)計
Q7f\ 5QjT 采用單片透鏡時，像差較大。此時可以采用兩片或兩片以上透鏡，組合出像差較小的光路。平行光入射時，透鏡需采用向右彎曲的形式。 Bm .%bA>
又比如，設(shè)計一個拉姆斯登目鏡
LL.YkYu 圖7、單鏡片放大鏡彎曲取向
~u-mEdu3C 圖7，采用單鏡片，作為放大鏡時，人眼位置不同，鏡片的彎曲方向不同。 @@_f''f$ 直觀來看，人眼靠近鏡片時，視角較大，需保證整個視野的清晰度和像面平直，即校正像面彎曲和象散，此時，為了照顧大視場的像質(zhì)和像差校正，透鏡采用向眼睛彎曲的形式，降低大視場主光線在透鏡表面上的入射角度。 3C2L _ K3 人眼遠(yuǎn)離鏡片時，視角較小，重點校正中心區(qū)域視場像質(zhì)即可。此時，采用背向眼睛的彎曲方式。 llI`"a 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。 rFdovfb
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，像面平直。當(dāng)同樣的平凸透鏡，改變擺放方向時，場曲嚴(yán)重，大視場像質(zhì)嚴(yán)重下降。 bf::bV?T 在采用現(xiàn)有透鏡設(shè)計光路時，此類問題，需特別關(guān)注。
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圖 8：透鏡彎曲方向?qū)匪沟悄跨R像質(zhì)的影響
i!jx jP 圖9、拉姆斯登目鏡各形式及復(fù)雜化
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Al\: 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。 }<A\> 采用現(xiàn)有鏡片，還能組合出各種各樣的簡單的光路：小視場轉(zhuǎn)向鏡系統(tǒng)，大視場轉(zhuǎn)像系統(tǒng)、擴(kuò)束鏡等等。
b6Dve ] 圖10、（a）小視場大孔徑轉(zhuǎn)像鏡（b）大視場小孔徑轉(zhuǎn)像鏡
c`AtK s)u 圖11、擴(kuò)束鏡
h_Q9 c 那么，是否采用現(xiàn)有透鏡，就只能設(shè)計出較為簡單的光路、復(fù)雜的光路是否可以實現(xiàn)呢？
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E 圖12、采用現(xiàn)成透鏡設(shè)計復(fù)雜光路
oJ>]=^?k 在采用現(xiàn)有透鏡，設(shè)計較為復(fù)雜的光路時，需結(jié)合設(shè)計軟件的優(yōu)化功能，逐步修改。設(shè)計之初，先不采用已有鏡片，而是像設(shè)計其他光路一樣，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。 quVTqhg" 大部分已有鏡片，為雙凸、雙凹、平凸、平凹透鏡。因此，在設(shè)計光路的后期，應(yīng)逐步將透鏡修改為以上形狀。 WHMt$W}% 現(xiàn)成的雙膠合透鏡，在設(shè)計較為復(fù)雜的透鏡組時，不建議過多采用。因為大部分現(xiàn)有雙膠合透鏡，將球差和彗差校正至極小值。這類透鏡，無法通過光闌移動，產(chǎn)生出足夠的衍生彗差、像散，不利于整個光路最終的像差平衡。 Pf-k"7y 關(guān)于衍生像差的問題，可參閱光學(xué)設(shè)計理論書籍。 -AJe\ J 2 經(jīng)過修改和優(yōu)化，仍然無法將設(shè)計光路中透鏡替換為已有透鏡的，可以對透鏡進(jìn)行拆分，比如，將彎月厚透鏡拆分為一個平凹透鏡和一個平凸透鏡的組合形式。
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