上圖所示為系統(tǒng)最終設(shè)計(jì)結(jié)果的實(shí)體模型圖。可以看到系統(tǒng)主要由兩個(gè)子部分組成：前組兩片反射鏡組成的反射系統(tǒng)用來收集廣角光線，后組三片透鏡組成的折射（透射）系統(tǒng)用來把收集到的光線匯聚成像。為了簡化設(shè)計(jì)流程，我們將分別完成兩個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)： 反射系統(tǒng)

如上一節(jié)布局圖所示，反射系統(tǒng)主要由兩片反射鏡組成，其中一片為平面，另一片為曲面（平面反射鏡的曲率在優(yōu)化過程中會(huì)被改變）。從物理空間上來看，平面反射鏡放置在曲面鏡的左側(cè)，但是在光線追跡中光線首先會(huì)入射曲面上。從第一個(gè)反射鏡反射后，光線才會(huì)入射到平面反射鏡上并發(fā)生反射。經(jīng)過二次反射的光線與原光線的大方向相同，并穿過曲面鏡中間定義的圓孔。上文給出的實(shí)體模型圖中使用箭頭標(biāo)記了光線的傳播方向。

OpticStudio可以非常方便的對上述系統(tǒng)進(jìn)行建模。在輸入其他參數(shù)前我們需要首先設(shè)置三個(gè)系統(tǒng)參數(shù)：孔徑、視場和波長。在“孔徑 (Aperture)”選項(xiàng)卡下，孔徑類型應(yīng)設(shè)置為“入瞳直徑 (Entrance Pupil Diameter)”并根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)置為0.25mm。在“視場 (Field)”選項(xiàng)卡中，豎直方向上-15°到53°的視場范圍在本模型中應(yīng)分別設(shè)置為105°和37°。這是因?yàn)樵贠pticStudio中，視場角的定義都是參考于光軸的（Z軸）。如果系統(tǒng)是在光軸的豎直方向上建模的，則視場角需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。為了保證視場采樣充分，本系統(tǒng)還設(shè)置了60°和85°的中間視場。最后，由于系統(tǒng)在可見光的光譜范圍內(nèi)工作，因此設(shè)置系統(tǒng)工作波長為F, d, C光。

下一步設(shè)計(jì)步驟就是決定第一面反射鏡的曲率以及第一、二面反射鏡的間距。需要注意的是，平面反射鏡的曲率半徑為無窮大，并且不提供任何光焦度。平面反射鏡的作用主要用來改變?nèi)肷涔夥较�。但是系統(tǒng)中任何彎曲的表面都會(huì)引入光焦度。第一片彎曲的鏡面在改變光方向的同時(shí)會(huì)引入一定光焦度。

對于本系統(tǒng)來說鏡面的曲率和兩鏡面的間隔并不唯一。所有結(jié)構(gòu)參數(shù)可由單透鏡公式 (Lensmaker`s Equation) 和球面鏡光焦度的近似公式求解得到。其中單透鏡公式如下所示：

其中n和n`為光線與界面交點(diǎn)前后的介質(zhì)折射率，f`為表面的焦距，z和z`為物距和像距。球面精度光焦度可由下式近似表示：

由于兩組公式的解有無窮多個(gè)，因此我們假設(shè)鏡面的曲率半徑為21.5mm，其中鏡面的中間有一個(gè)直徑為4mm的圓形通孔。我們將該元件放置在平面反射鏡右側(cè)18.5mm處。此外，我們需要在起始面前添加一個(gè)虛擬面來完整顯示光線進(jìn)入整個(gè)系統(tǒng)。

通過在曲面鏡（表面2）上定義一個(gè)半徑為2mm的“光闌 (Aperture)”來定義曲面中間的通孔。您可以參考示例文件中Mirror System.ZAR文件的相關(guān)設(shè)置。