📚 课程目录第3章设计指标制定

3. 设计指标制定：焦距、F数、视场角、工作距离、后焦距、畸变要求、相对照度

指标制定，说白了就是给镜头画个框。框画得太松，后面设计容易跑偏；框画得太紧，可能根本做不出来。我见过不少新手上来就堆参数，结果做出来的东西要么像场照不亮，要么畸变大得离谱。

这一章，咱们把七个核心指标掰开揉碎了讲。每个指标我都会告诉你：它到底管什么、怎么定、坑在哪。

焦距决定了像的大小。物距固定时，焦距越长，像越大。但代价是视场角变小，镜头总长也会变长。

微型物镜的焦距通常在 1mm ~ 10mm 之间。怎么选？看你的应用场景：

我的习惯：先根据靶面尺寸和视场角反推焦距。公式很简单：
EFL = (像高) / tan(半视场角)
比如 1/3" 传感器（像高约 3mm），想要 60° 视场角，那焦距大概在 2.6mm 左右。

F数 = 焦距 / 入瞳直径。数值越小，进光越多，但景深越浅。

微型物镜的 F 数通常落在 1.8 ~ 4.0 之间。我个人的经验是：

避坑：我曾经接过一个项目，客户要求 F/1.8 但总长不超过 5mm。结果做出来边缘照度只有中心的 30%，根本没法用。后来把 F 数放到 2.4，问题才解决。F 数不是越小越好，得看你的镜片口径和结构能不能撑起来。

视场角分对角线、水平和垂直三种。微型物镜常用对角线视场角，因为传感器靶面也是按对角线算的。

常见范围：

你想想看，视场角定得越大，边缘像质就越难保证。尤其是相对照度和畸变，这两个指标会直接跟视场角打架。

工作距离决定了你的镜头能离物体多近。微型物镜的工作距离通常很短，从 0.5mm 到 50mm 不等。

  关键点：工作距离越短，镜片越容易脏污，也越容易碰到被测物。设计时一定要留出机械保护空间。我有个项目就是 WD 只留了 0.8mm，结果量产时组装公差一累积，镜头直接怼到盖玻片上了……后来改到 1.2mm 才稳定。

后焦距是镜片最后一面到像面的距离。它决定了你能不能塞下滤光片、保护玻璃、甚至调焦机构。

微型物镜的后焦距通常要求：

嗯，这里要注意：后焦距不是越长越好。太长会导致镜筒总长增加，而且光线在像面附近的入射角会变大，影响相对照度。

畸变分两种：桶形畸变（负）和枕形畸变（正）。微型物镜里，桶形畸变更常见，尤其是广角设计。

不同场景的畸变容忍度：

我曾经踩过的坑：有个客户说畸变 5% 以内就行，结果我按 5% 设计，做出来他们又说边缘变形太明显。后来才知道，他们说的 5% 是 TV 畸变，我理解的是光学畸变。两者换算关系大概 1.5~2 倍。所以，一定要在规格书里写清楚是哪种畸变。

相对照度 = 边缘照度 / 中心照度。微型物镜里，RI 通常要求大于 50%，高端设计会做到 70% 以上。

影响 RI 的主要因素：

怎么提升 RI？我的做法是：

这七个指标不是独立的。我画了一张图，帮你理清它们之间的关联：

假设我们要设计一个内窥镜物镜，传感器是 1/4"（像高 2.5mm），要求能看到 90° 视场。我的步骤是这样的：

  最终指标表：
  
    焦距2.5mm
F数2.0
视场角90°（对角线）
工作距离3.0mm
后焦距1.0mm
畸变< 10%
相对照度> 50%

这套指标定下来，后面设计就有方向了。记住，指标不是死的。设计过程中如果发现某个指标实在做不到，及时跟客户沟通调整。我见过太多项目因为死磕一个指标，最后整个方案推倒重来。