本文講解一款緊湊型反射式成像系統(tǒng)的設(shè)計案例，借以說明如何在CODE V中建立離軸系統(tǒng)并使用宏語言設(shè)置約束與優(yōu)化。

1. 引言

對于尋常具有旋轉(zhuǎn)對稱性結(jié)構(gòu)的廣角鏡頭來說，由于光闌距離首片鏡面較遠，因此往往會引入較大的鏡片口徑，本文設(shè)計的離軸反射式系統(tǒng)在前置光闌后使用凹面鏡結(jié)構(gòu)可以很好地壓縮光學系統(tǒng)的體積，此外，結(jié)構(gòu)構(gòu)建于一整塊PMMA材料之上，非常利于加工且無需后期裝配，僅需完成相應反射面的鍍膜即可。對于離軸系統(tǒng)而言，系統(tǒng)往往僅對YOZ平面對稱，前置光闌也不利于畸變的平衡，因此優(yōu)化所關(guān)注的重點應放在非對稱畸變上，需控制光軸上下相同視場角的光束在像面的成像高度（y坐標的絕對值）一致。

本文的設(shè)計步驟大致可分為：1. 利用平面鏡大致構(gòu)建光路的幾何結(jié)構(gòu)；2. 彎曲最前與最后端的兩片反射鏡以實現(xiàn)基本對焦；3. 設(shè)置各面為球面，優(yōu)化曲率以控制畸變；4. 擴大與增加視場采樣點，設(shè)置各反射面為自由曲面，增加約束權(quán)重進一步優(yōu)化畸變與色差；5. 增加自由曲面的表達式項數(shù)以提供足夠多的優(yōu)化空間，增加約束條件進一步優(yōu)化畸變與色差。

2. 粗略建立系統(tǒng)光路的幾何結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)最終規(guī)格為視場±20°，入瞳直徑 1mm，工作波段為可見光波段。首先在小視場（0°）、小孔徑角（0.1mm入瞳直徑）下建立準理想成像系統(tǒng)，如下圖所示，利用5個平面反射面（表面3, 4, 5, 6, 7）構(gòu)建基本光路，表面1為光闌，表面2和表面8為整個系統(tǒng)的入射面及出射面。為保證軸上入射和出射光線的共軸，可以計算出各反射面的夾角，可以看到反射系統(tǒng)具有一定的對稱性。