本文首发于吾爱光设论坛：从平板开始优化简单的超广角镜头
http://www.optzmx.com/thread-45499-1-1.html
(出处: 吾爱光设)
过程档案请往论坛自取
相关指标如下：
1）F/#：3
2）波长：可见光
3）FOV：170°
4）全像高：5mm
5）MTF：＞0.55@160lp/mm
6）RMS：＜1.8um
7）F-Theta：＜11%
8）F-Tan（Theta）：＜88.5%
9）CRA：＜15°
10）TOTR：＜18mm
11）焦距：1.9mm
12）色差：＜1.2um
题目难度评价（满分:star:
，评价完全主观）：
6G
7G
本帖主要分享：如果你没有初始结构，或者遇到简单的需求懒得去找初始结构，怎么快速搭建一个合适的初始结构，忙里偷闲没有太多时间仔细做，因此最终结果以7G呈现
本案例只使用zemax，因为我一直认为zemax做初始结构虽然不如SYN和CV快，但是熟练了也不会慢多少
练习开始时间：14：30
练习结束时间：15：30
初始结构：6G平板
1-1 初始结构搭建
从平板直接开始优化也是可行的，但从平板开始有朝不同方向的可能路径，因此直接从平板进行优化，需要你不断优化-退回-微调镜片间距&操作数，才能够去优化到你想要的方向，由于此时焦距是0，因此存在一开始就朝着负焦距优化的概率，一旦陷入负焦距，这一轮优化就万劫不复了，只能调参重来。
因此我个人更倾向的方法，是根据目标镜头的特点，手动调整初始结构，让整体光线、镜片能够聚焦不会出错，焦距能够接近目标，让我们的优化能够快速收敛
超广角和鱼眼镜头最显著的特点，就是为了收大角度的光，第一片镜片通常需要高折+大D/R比弯月透镜，因此根据这一思路，我首先将前两片镜片改成了这样的形状，材料由K9改为经典的ZLAF4LA+ZF52，实现折射率梯次下降。
接着继续手调参数，让光线收敛，系统呈正焦距（这一点非常重要，如果从负焦距开始优化，优化很容易南辕北辙）
此外为了更容易做出堪用的初始结构，我把视场只设置到0.707视场，更大的视场等初始结构基本收敛了再加。又因为减小了视场角，因此操作数需要注意第一片的D/R比，先控制地小一点比如1.8，避免后续加大视场使得这一片超半球从而导致光线追迹出现问题，在这里我把默认函数设置为Spot+Geometric+Chief Ray，在大像差的情况下，几何+主光线的参考，有助于光斑正确收敛，如果使用质心+均方根半径，很容易出现光线未收敛汇聚，但是质心刚好落在正确位置的情况。
初步优化后如下，基本上就是可用的初始结构了
2-1 正式初始结构实现
在这里我们要进一步扩展视场角，以满足设计要求，整体方法就是少量多次增加视场角-重设默认函数-继续优化，因为这里光线已经初步收敛，所以我的默认改为SPOT+Geometric+Centroid，原因是此时光斑仍然比较大，因此我们的目标不是让均方根半径更小，而是让光斑尽可能收敛汇聚，或者专业点说，球差是目前最主要的像差，需要快速消球差
此外，因为我们的焦距已经在上一步就收敛，因此这里把孔径类型由F#改为入瞳直径，以提高优化速度
在扩展视场的过程，也是我们初步优化的过程，不断观察不同视场的光斑情况，不断重新分配不同视场权重-重设默认函数-优化；感觉局部优化到极限，说明该换换材料了就改为锤形优化，这时候还没完全收敛，锤起来是很快的
2-2 一阶参数边界收敛&初步优化
在这里我们一阶参数其实基本上都已经收敛了，观察到F-θ畸变目前是13%，超出了11%的设计目标，这是因为我前期把焦距放的比较宽，边界为1.85mm<f<1.95mm，这里优化出来是1.945mm，因此通过简单计算只要加严焦距边界至1.85mm<f<1.92mm，即可达成，这里因为变化不大，因此直接收严边界即可
一阶参数基本收敛后，提高一阶参数边界权重避免跑飞，可以花一点时间进行锤形优化换材料，也可以直接把材料改为变量来优化也可以快速换材料，很快就能得到还可以的结果，在这里因为是详细设计，所以我默认函数使用的是SPOT+Geometric+Centroid & SPOT+RMS+Centroid，两组默认同时加上，权重比为1：1，以确保光斑不会出现均方根很小实际却被拉的很长的情况
这一轮优化结束后，MTF非常糟糕，80lp/mm仅有0.3，160lp/mm仅有0.1，我判断6片再进行详细设计应该还是有机会的，但是会很极限，所以后续我选择进行透镜分裂为7G结构（过程档案忘记存了。。。）
3-1 透镜分裂
透镜分裂我选择了结构中最厚的一片（G3），一方面是因为厚透镜说明承担像差任务重，再一方面是分裂后可以保持镜片是正常的且整体光焦度不变化太多
分裂的方式是在G3后插入一面，然后选择材料折射率尽可能与G3接近，阿贝数差距20以上，然后微调两片厚度，使得分裂后的胶合镜片整组的光焦度与分裂前相差不多，这样能够优化色差的同时不改变整个大的光学结构，接着再继续进行优化，观察到胶合面有曲率半径大的趋势，遂进一步放开胶合，形成两个单独镜片，至此完成透镜分裂
3-2 最终优化
到这里就没啥好说的了，基本就是个人的优化技巧了
默认改为SPOT+RMS+Centroid & Wavefront+RMS+Centroid 两个默认的权重比为1:0.001~1:0.01之间，根据需求动态调整权重
在MTF差不多的时候去掉波前默认函数，改为GMTT+GMTS沿着低频（这里已经比较好了，所以我放在半频）加大权重锁死低频MTF，优化一轮后对高频掉的比较快的线，用MTFT和MTFS在高频限制（我不喜欢写全部视场+方向的MTF，优化效率太低），然后注意一下透镜的加工性就好了，这里G1的D/R比太大了，应该稍微再优化控制一下，懒了2333
以上，欢迎大佬们指点一二，过程设计档有需要的请往论坛自取