透镜设计练习(单透镜双胶合)

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1、透镜设计练习(单透镜双胶合)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2o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”。在屏幕屮有一个名为“透镜数据编辑(LensDataEditor)”的窗口，如图15-1所示。15-1透镜数据编辑(LensDataEdi

2、tor)窗口15-2General窗口第一步：输入系统参数一一入瞳直径值System-^General…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100Xl/5=20mm。第二步：输入系统参数一一视场System-^Fields."可以打开“FieldData”窗口，如图15-3所示。因为全视场2o为lOo，所以o=5o，0.707co=3.535o,0.5o=2.5o,0.3co=1.5oo图15-3Fields窗门第

3、三步：输入系统参数一一波长范围点rtf按钮，或执行命令“System—Wavelengths”，或同时按下快捷键,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“Bd,C[ViSible]”，点击按钮即可选中，再点击按钮确定。主波长(Primary)选中0.58756180um。注意：可以在“X-Feild”列输入视场数据，也可以在“Y-Feild”列输入视场数裾，但是最大视场值为半视场◦而不是全视场2o。图15-4Wavelengths窗口第四步：输入“透镜数据编辑(LensDataEditor)”的窗口中的数据

4、如图15-1,系统中冇三个表面(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，在设计一组光学系统时，STO可选在任一透镜上。通常第一表妞就是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,InsertAfter，或同时按下快捷键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，或执行命令“Edit—DeleteSurface”。而IMA就是像平面（

5、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光学表IM,所以我们选中STO行，并在其后面插入一行，此时0B」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

6、无限远）”、“5”和“100（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己经基木输入完毕，接下来我们来检验设计是否达到要求。第五步：査看外形轮廓图Analysis-*^Layout-*2DLayout”，或同时按下快捷键Layout”图形窗口，如图15-6所示。15-6单透镜的二维轮廓图（L

7、ayout）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”图形窗口査看像差情况Analysis-^Fans-^RayAberration”，或同时按下快捷RayFan"图形窗口。在该图形窗口屮可以看到五组(十个)图形，这是因为我们一开始设置了五个视场值，而每个视场又包含了子午曲线和弧矢曲线，所以共有五组(十个)图形。在该图形窗口中，“MAXIMUMSCALE：±2000.000MICRONS”表示图形的最大比例尺为±2000.000微米