光学设计缩放法练习三片式双高斯分析VIP免费

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...