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光学设计缩放法练习三片式双高斯分析VIP免费

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第17章三片式照相物镜设计17.1设计任务本实例参照黄一帆和李林编的《光学设计教程》图书中的案例,并进行了部分内容的修改完善。设计任务为:系统焦距为9mm,F#为4,全视场2ω为40o。要求所有视场在67.5lp/mm处MTF>0.3。17.2设计过程(1)系统建模为简化设计过程,作者从《光学设计手册》(李世贤,等.北京理工大学出版社.1990)中选取了一个三片式照相物镜作为初始结构,见表17-1所示。表17-1初始系统结构参数表面序号半径/mm厚度/mm玻璃128.253.7ZK52-781.446.623-42.8851.48F6428.54.05光阑4.176160.9724.38ZK117-32.795f/=74.98,F#=3.5,2ω=56o根据ZEMAX建模的步骤,首先是系统特性参数输入过程。点击“Gen”按钮,在“General”系统通用数据对话框中设置孔径和玻璃库。在孔径类型(ApertureType:)中选择“ImageSpaceF#”,并根据设计要求在“ApertureValue:”输入“4”;在玻璃库(GlassCatalogs)里输入“CHINA”,以便导入中国玻璃库(光明)。点击“Fie”按钮,打开“FieldData”对话框设置5个视场(0ω,0.3ω,0.5ω,0.7ω和ω视场)。点击“Wav”按钮,打开“WavelengthData”对话框设置“Select→F,d,C[Visible]”,自动输入三个特征波长。接着在透镜数据编辑器(LensDataEditor)中输入初始结构,如图17-1所示。在表17-1中,第7面厚度为透镜组最后一面与像面之间的间距,但是表中并没有列出。为了将要评价的像面设为系统的焦平面,可以利用ZEMAX的求解(Solve)功能。该功能用于设定光学系统结构的参数,如Curvature、Thickness、Glass、Semi-Diameter、Conic和Parameter等操作数。求解(Solve)功能使用方法:用鼠标左键双击(或单击鼠标右键)需要设置“Solve”功能的单元格(即第“7”面所在的行和“Thickness”所在的列交叉的单元格),将弹出标题为“ThicknessSolveonSurface7”的对话框,如图17-2所示。图17-1三片式照相物镜初始结构参数图17-2ThicknessSolveonSurface7对话框根据本系统的设计要求,在图17-2中,对话框“SolveType”中选择“MarginalRayHeight”,并将“Height:”值输入为“0”,表示将像面设置在了边缘光线聚焦的像方焦平面上。对话框中的“PupilZone”定义了光线的瞳面坐标,用归一化坐标表示。“PupilZone”的值如果为0,则表示采用近轴光线;如果为-1和+1之间的任意非零值,则表示采用所定义坐标上的实际光线进行计算。单击“OK”后,系统会自动计算出最后一面与焦平面之间距离值,并在单元格的右侧显示“M”字母,表示这一厚度采用了求解“Solve”方法。初始结构参数输入后,由于系统焦距与设计要求并不相符,因此需要通过缩放功能进行调整。初始结构参数的缩放功能使用方法:执行命令“Tools→ScaleLens”,即可打开名称为“ScaleLens”的对话框,如图17-3所示。图17-3焦距缩放图17-4焦距缩放后的二维结构图由于系统现有的焦距为74.98mm,且设计任务要求将其变为9mm,因此缩放因子为9/74.98=0.120032。所以在“ScaleByFactor(缩放因子)”后面输入“0.120032”。单击“OK”按钮后,LensDataEditor中的结构数据将发生变化,此时系统焦距EFFL已经调整为9mm。调整后的系统可以通过工具栏上的“Lay”按钮查看系统二维结构图,如图17-4所示。从“Layout”结构图中可以看出:第一个透镜的边缘不合理,出现前后两表面相交的情况,即第一光学表面边缘厚度为负值。很显然,这是不合理的。为了解决此问题,可以再次利用“Solve(求解)”功能,在“Thicknesssolveonsurface1”对话框中将第一面厚度的“SolveType(求解类型)”中选择“EdgeThickness(边缘厚度)”,并在“Thickness(厚度)”中输入“0.1”,这表示第一面边缘厚度被控制为0.1mm。该值在优化过程中不会被改变。点击“Layout”结构图中的“Update(更新)”即可得到图17-5。图17-5设置Solve后的二维轮廓图(2)初始性能评价系统结构调整完成后,可通过菜单“Spt”、“MTF”按钮分别显示系统的点列图和MTF图线。在MTF曲线图中,由于系统要求考察67.5lp/mm处的MTF值,因此通过“Settings”对话框将采样频率(即空间频率)定为68lp/mm。从FFTMTF曲线图,如图17-6所示,可以看...

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