短焦距水下广角监控镜头设计 | SYNOPSYS 光学设计软件第78课

课程七十八：短焦距水下广角监控镜头设计

随着生活水平的提高，人们对自身安全越来越重视，安防监控领域也随之发展，监控镜头被广泛用于大家的生产和生活当中。在安防项目里，广角摄像机体现出了它强大的优势，能够轻松实现同一时间监控更大的区域。

同时，由于湖泊海洋研究者、水产养殖者对水域监控的需求，水下镜头的研究也在不断发展。与陆地镜头相比，水下监控镜头面临着光线被水吸收、水下杂质对光产生强烈散射等各类问题，这些都会影响镜头最终的成像结果。

现在的水下镜头以视场角小、总长大为主，而在此给出一个短焦距水下广角镜头的案例：

1. 波段：VIS

2. FNUM=2.33

3. 视场角：2w=92°

4. 焦距：f=12

5. 总长：VL≤65

设计流程：

将案例设计目标输入DSEARCH中，synopsys可以自动搜索最匹配的十个初始结构，从中选取一个作为初始结构进行后续优化。

查看初始结构发现像质较差，我们可以在优化宏窗口中输入AAA 4,插入四片非球面来进行改善。

选择默认的评价函数，对其一阶特性、F数等参数进行优化，同时控制边缘厚度、中心厚度，进行模拟退火以达到全局最小值，结果如下图：

一阶特性基本达到要求后，对其像质进行优化。查看其三阶像差，发现其畸变与像散较高，且MTF曲线较差。先对三阶像差进行优化，直到三阶像差数值降到小数点后一位。

像差优化完成后，开始优化MTF。选择使用GSO指令对波相差进行优化，并保留对F数及畸变的约束，并进行模拟退火。直到0视场和0.5视场的MTF曲线呈现出比较好的结果。

此时，MTF曲线还有0视场的结果比较差，更改为评价函数10，使用GSHEAR，继续进行优化和模拟退火。

当所有视场的MTF曲线都呈现良好结果时，在命令窗口输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。

最后结果图如下：

查看各项参数，达到设计要求。

至此，短焦距水下广角镜头的初步设计完成。各位读者可以自行尝试本案例的搭建，也可以尝试通过缩短总长，减少非球面数来设计更优秀的镜头结构。

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