大视场角的光学镜头设计过程中的注意事项

是否有监控镜头设计，安防镜头设计方面的朋友？用于这方面的镜头基本偏向广角镜头，超广角镜头。广角镜头是焦距小于标准镜头，而长于鱼眼镜头。视场大于标准镜头，在60度以上，90度以上称为超广家镜头。

在设计广角镜头之类的大视场光学系统的时候，常常遇到一个问题就是光瞳像差问题！首先引入一个问题，就是新手在入手设计大视场镜头的时候，查找相关专利镜头，之后进行参数输入，发现一个问题。同样的一个光学参数，左下图为专利显示的，而我们按照其输入却是右下图，茫然不知所措，重新复核参数也是一样徒劳。该系统参数为F数2，焦距0.85mm，半视场100°，各个面的参数见附表。

    此处就是刚说的光瞳像差问题，与入瞳像差是一回事，定义为实际光线与孔径光阑面的高度与近轴光线与孔径光阑面的高度之差与光阑半径的比值。在ZEMAX中，有相关的入瞳像差分析图。Analysis—Fans—Pupil Aberrations。

从上图，可以看出光瞳像差基本为0，是什么原因呢？Zemax针对这样光瞳像差较大的问题，设置了本文题目所说的光学瞄准，当光瞳像差达到一定的时候，需要打开光学瞄准，以使得实际光线能正确充满孔径光阑。这也就是上面引入的问题症结所在！！！有兴趣的可以将下文给的参数输入，一试便知。

     光线瞄准（Ray Aiming）是通用设置中的一个标签，如上图所示，默认时候系统的是关闭的。可以看出下拉列表中有三个选项：Off；Paraxial；Real。这三个选择其实主要使用顺序如下:

首先，如果系统视场不大，F数不是特别小，此时光瞳像差不大，此时选择Off，系统默认的也是这个。

其次，比如在设计广角镜头这种，我们可以选取Real，利用实际光线去追迹，使得光线能非常好地通过孔径光阑。

最后，当在设计超广角镜头的时候，有时候会发现Real都不好使，那么我们就选择Paraxial近轴光线去追迹，使得光线非常好地通过孔径光阑。

至于Zemax是如何去追迹的，这个我们就不需要打破沙锅了。另外，下面有几个选项设置，大致介绍下。

默认勾选了，Use RayAiming Cache，意思大概就是开启了缓存，其实是为了加速光线瞄准算法的，每次计算都缓存上一次计算的结果，blablabla…… 当然，这个前提是该系统能追迹到主光线，一些离轴，偏轴啥的，可能有问题。

Robust Ray Aiming（SLOW），就是Robust的意思“加强”，也是提高算法稳定性的，所以“慢”。

Scale pupil shiftfactors by filed，这个就是在前面说的选择Paraxial都不好使的时候，都不管用的时候，设置光瞳偏移，和缩小放大的，当然这个不是要非常精确的，只是给Zemax在追迹的时候给一个开始，以便更好追迹，基本是上面这个图都是默认的，不用修改，就能满足我们正常使用了，这里只是为了一些爱学习的学霸的好奇心罢了！！！哈哈哈~~~

    另外，值得注意的是，就是我们上一个帖子，说孔径类型的，里面提到的类型“光阑浮动”，当我们打开了光线瞄准，不管是哪一种，之后，需要把光阑类型修改为“光阑浮动”哟！！！

附镜头表