光学设计中的物象逆向设计

2025-07-16 09:49:29

      光学设计中逆向设计虽然是一个常用的使用技巧,也是粉丝经常咨询的一个问题。其实原理也就是几何光学的光线可逆,并无其余任何东西。只要把关键几个指标转化过来,就没有什么了,一切都不要以为是一个翻转按钮就搞定的事情。



      这里用讲义中的双远心镜头文件来做个演示说明。原镜头参数设置:入瞳类型设置物方NA0.06,视场设置物高一半15mm,波长可见光。如下则是其二维图分布,设计倍率是0.6,实际是0.602(理论半像高是9mm,实际是8.975mm)。



      这镜头的传递函数曲线分析的是100lp/mm,其截图如下所示,图形中颜色对应的是不同视场,和翻转之后对比,自然需要对比不同视场的传递函数是否一致。



      这镜头的点列图如下所示,也是需要注意不同视场的点列半径和点列半径分布的形状。这里可以看出,实际半物高15mm对应的像面半高度是8.975mm,注意这个就是翻转之后的物方视场高度。



      那么接下来翻转这镜头,入瞳类型设置为物方NA ,值提取的是翻转前的像方NA0.09966098。视场设置为半物高,值提取的是翻转前的半像高8.975mm。然后直接点击翻转镜头即可(建议前后各插入一个空白面进行翻转),翻转后物距复制到像距离,第0面设置厚度为0即可:



     翻转之后的二维图如下,和未翻转之前的就是一个翻转,看不出任何变化,再对像质量进行比较。



       翻转之后的传递函数进行对比,注意原镜头的像放100lp/mm对应的是物放的60lp/mm左右,可以看设置后,不看横坐标,其余就一模一样了。



      翻转之后的点列图进行对比,这个也是和上面传递函数一样,二者艾里斑大小不一样,也是需要进行一定的设置,这里绿色框是在设置里面的缩放,二者比值这里简单按照艾里斑半径的缩放进行计算的:



     缩放比例:66.64=40×(5.964/3.58);

     点列半径:3.1112=1.868×(5.964/3.58),其余的就没有计算了,或许有些许差异,但是不影响我们这里的分析了,弥散斑的形状也是基本上一模一样了。所以只需要对光学系统的参数足够敏感,镜头翻转其实很简单。

      总结:光线系统物象逆设计,不仅仅是表面上的光线可逆,其实像差也是一样的,不要纠结设计是否是和实际传播方向一致了,如何设计方便如何来,大不了最后翻转下就好了。