簡述：采用現(xiàn)成透鏡設計光路，可壓縮開發(fā)周期，節(jié)約資金成本。然而，采用已有鏡片設計光學系統(tǒng)，設計難度較大，對設計師理論及經(jīng)驗要求較高。本文針對此類設計需要的理論知識進行講解，并分享設計中的操作經(jīng)驗和小竅門。 Oy? iAQ+ @; j0c_^"! 光學透鏡加工工藝復雜、周期較長（約6-8周），且造價高昂。若能采用已有鏡片設計光路，將節(jié)約時間和成本。
O*+w_fox 圖 1：透鏡加工工藝一
圖 2：透鏡加工工藝二
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|jo&0n 然而，采用已有鏡片設計光學系統(tǒng)，設計難度較大，對設計師理論及經(jīng)驗要求較高。除了對光學設計像差基本理論的掌握之外，需要設計師對鏡片形狀及擺放方向引起的像差變化有進一步的、更深入的了解；也需要設計師多查閱專利文件，觀察、分析各經(jīng)典設計的透鏡擺放次序、方向，并進行設計練習。 kBDe*K.V 很多光學設計相關書籍，對像差理論有詳細論述，請查閱。 #!<+:y'S? 此處，僅對透鏡彎曲和像差的關系，略作介紹。如圖示： 45 !`g+) 當物距較遠時，光線平行入射，采用整體形狀向右側彎曲的透鏡，像差較小； TZ [F u{gZ 當物像距接近時，光線發(fā)散入射，采用對稱的雙凸透鏡，像差較�。� lHj7O &+ 當物距較近時，光線發(fā)散角度持續(xù)增大，采用整體形狀向左側彎曲的透鏡，像差較小。 BT*K ,p 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。 h QW#a]]V: ><Mbea=U+
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圖3、物距及透鏡彎曲對像差的影響
Qbe{/ 圖 4 、透鏡組的彎曲方向
^/5E773 圖 5 高斯物鏡中透鏡組的彎曲方向
P[J qJi/H 圖4、圖5中，從簡單的風景物鏡、到逐漸復雜化的普羅塔鏡頭，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)。 :67d>wb ggYIq*4 枯燥的理論講完，開始較為有樂趣的設計。 c,u$ tnE) 先從最簡單的光路開始。 5qODS_Eq 比如，設計一個準直透鏡組：
,2:L{8_L 圖6、準直透鏡設計
D?&w:C\&@z 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。 "78cl*sD 又比如，設計一個拉姆斯登目鏡
hTNYjXj 圖7、單鏡片放大鏡彎曲取向
,y{fqa4 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。 (WU~e !} 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。 {(zL"g46 人眼遠離鏡片時，視角較小，重點校正中心區(qū)域視場像質即可。此時，采用背向眼睛的彎曲方式。 c9_4 ohB 以上兩種方式的組合，即為一種經(jīng)典的目鏡結構形式：拉姆斯登目鏡。 qLktMp_ 拉姆斯登目鏡靠近眼睛的鏡片，彎曲向眼睛，遠離眼睛的鏡片，彎曲向物體。此時，像面平直。當同樣的平凸透鏡，改變擺放方向時，場曲嚴重，大視場像質嚴重下降。 e\bF_
N2VA 在采用現(xiàn)有透鏡設計光路時，此類問題，需特別關注。
0" D?.E"$r 圖 8：透鏡彎曲方向對拉姆斯登目鏡像質的影響
_o=`-iy9 圖9、拉姆斯登目鏡各形式及復雜化
B )3SiU 選取現(xiàn)成透鏡后，可在軟件里設置厚度變量及約束條件，優(yōu)化光路，以獲得像質更好的結果。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。 ,~6 8~_) 采用現(xiàn)有鏡片，還能組合出各種各樣的簡單的光路：小視場轉向鏡系統(tǒng)，大視場轉像系統(tǒng)、擴束鏡等等。
-QHzf&D ? 圖10、（a）小視場大孔徑轉像鏡（b）大視場小孔徑轉像鏡
@+Anv~B. 圖11、擴束鏡
b ffml 那么，是否采用現(xiàn)有透鏡，就只能設計出較為簡單的光路、復雜的光路是否可以實現(xiàn)呢？
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9OU 圖12、采用現(xiàn)成透鏡設計復雜光路
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]6D{ 在采用現(xiàn)有透鏡，設計較為復雜的光路時，需結合設計軟件的優(yōu)化功能，逐步修改。設計之初，先不采用已有鏡片，而是像設計其他光路一樣，選擇合理的初始結構，優(yōu)化鏡片，在光路符合設計要求之后，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。 \2VZk VO9 大部分已有鏡片，為雙凸、雙凹、平凸、平凹透鏡。因此，在設計光路的后期，應逐步將透鏡修改為以上形狀。 r q|cz Q 現(xiàn)成的雙膠合透鏡，在設計較為復雜的透鏡組時，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。
