透镜设计练习(单透镜双胶合).doc

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1、第15章单透镜设计15.1设计任务设计一个焦距为100mm，相对孔径为1/5的单透镜系统，全视场2ω为10º，物距为无限远，在可见光下工作，选用K5玻璃，光阑设置在入射光线遇到的透镜的第一个光学表面。15.2设计过程我们新建一个“LENS.ZMX”文件。点击菜单栏中的“文件（File）”，将刚刚新建的文件另存为（SaveAs...）名为“单透镜设计”的文件，保存类型按默认设置，即文件名称的后缀为“.ZMX”。在屏幕中有一个名为“透镜数据编辑（LensDataEditor）”的窗口，如图15-1所示。图15-1透镜数据编辑（

2、LensDataEditor）窗口图15-2General窗口第一步：输入系统参数——入瞳直径值点击“Gen”按钮，或执行命令“System→General...”，或同时按下快捷键“Ctrl+G”，可以打开“General”窗口，如图15-2所示。因为系统的焦距为100mm，相对孔径为1/5，所以入瞳直径（EntrancePupilDiameter）的孔径值（ApertureValue）为100×1/5=20mm。第二步：输入系统参数——视场点击“Fie”按钮，或执行命令“System→Fields...”，或同时按下快

3、捷键“Ctrl+F”，可以打开“FieldData”窗口，如图15-3所示。因为全视场为10º，所以ω=5º，0.707ω=3.535º,0.5ω=2.5º,0.3ω=1.5º。图15-3Fields窗口第三步：输入系统参数——波长范围点击“Wav”按钮，或执行命令“System→Wavelengths”，或同时按下快捷键“Ctrl+W”，可以打开“WavelengthData”窗口，如图15-4所示。我们可以直接输入波长的数值，也可以选用“F,d,C[Visible]”，点击“Select”按钮即可选中，再点击“OK”按

4、钮确定。主波长（Primary）选中0.58756180μm。注意：可以在“X-Feild”列输入视场数据，也可以在“Y-Feild”列输入视场数据，但是最大视场值为半视场ω而不是全视场2ω。图15-4Wavelengths窗口第四步：输入“透镜数据编辑（LensDataEditor）”的窗口中的数据如图15-1，系统中有三个表面（Surface），从上到下依次是OBJ、STO和IMA。OBJ就是物面（ObjectPlane），STO即孔径光阑（ApertureStop）的意思，但STO不一定就是光照过来所遇到的第一个透镜

5、，在设计一组光学系统时，STO可选在任一透镜上。通常第一表面就是STO，若不是如此，则可在STO这一栏上按下鼠标，可选择在前面插入（InsertSurface，或按下键盘中的“Insert”键）或在后面插入表面（InsertAfter，或同时按下快捷键“Ctrl+Insert”），于是STO就不再落在第一个透镜边框上了。如果要删除某个光学表面，可以点击键盘中的“Delete”，或执行命令“Edit→DeleteSurface”。而IMA就是像平面（ImagePlane）。因为设计任务要求光阑设置在入射光线遇到的透镜的第一个

6、光学表面，所以我们选中STO行，并在其后面插入一行，此时OBJ为第0个面，STO为第1个面，IMA为第3个面，光学表面类型（Surf：Type）为“Standard”，即标准球面。在曲面半径（Radius）列从上到下依次输入“Infinity”、“100”、“-100（这里的正负号遵从应用光学中的符号规则）”和“Infinity”，单位为mm，其中Infinity为无限大的意思，表示该曲面半径为无限大，即该表面为平面。在厚度、间距（Thickness）列依次输入“Infinity（这是因为物距为无限远）”、“5”和“100

7、（因为设计任务要求系统的焦距为100mm，透镜很薄，故初始结构设定最后一光学表面与像面的距离为100mm）”，单位为mm。在玻璃（Glass）列和STO行的交叉单元格中输入“K5”。“半口径（Semi-Diameter）”列会由自动计算出来，如图15-5所示。图15-5单透镜的LensDataEditor窗口现在系统参量的数据已经基本输入完毕，接下来我们来检验设计是否达到要求。第五步：查看外形轮廓图点击“Lay”按钮，或执行命令“Analysis→Layout→2DLayout”，或同时按下快捷键“Ctrl+L”即可打开“

8、Layout”图形窗口，如图15-6所示。图15-6单透镜的二维轮廓图（Layout）从图15-6中可以看出实际光线的焦平面并不与IMA相重合，而且不同视场的焦平面也并不相互重合，所以我们要进行优化以达到像质优良。第六步：打开“Ray”图形窗口查看像差情况点击“Ray”按钮，或执行命令“Analysis