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ZEMAX光学设计实例（120）---一个双分离消色差物镜的设计

2021-12-20 10:24| 发布者：Davis| 查看：2377| 评论：0|原作者: 小小光08

摘要：这篇文章介绍了ZEMAX光学设计实例，详细讲解了双分离消色差物镜的设计流程。文章中提到了焦距归一化、F数、相对孔径、弥散斑、轴上像差、球差和色差曲线等概念，以及优化过程中的点列图和2D Layout。

引言：

焦距归一化的双胶合物镜的性能，由它的相对孔径或F数决定。也就是说，在可见波段，焦距归一化的双胶合消色差物镜所能达到的性能主要取决于F数。

随着F数的变小，弥散斑会非线性地增大，其中光圈数F=3时，差不多就达到双胶合物镜的最小F数了。

国际业界称大相对孔径的物镜为“Fast（快）”，这是因为快速曝光要求像的照度增大，从而要求增大相对孔径。在这种情况下，双胶合物镜就显得性能不足，需要修改设计。

双胶合物镜可以校正轴上像差，但在相对孔径加大时胶合面会引入过校正（校正过头）的高级负球差。如果将胶合面分离，加入一个小的空气间隙重新优化，就可能校正部分高级球差。

设计要求：

设计一个双分离消色差的物镜，指标如下：

焦距f`	波段	F=f`/D	视场ω
100mm	VIS	3	3.0°

设计流程：

（1）系统参数设置

首先输入系统特性参数，如下：

在系统通用对话框中设置孔径。

在孔径类型中选择“Paraxial Working F/#”，并根据设计要求输入“3”；

在视场设定对话框中设置3个视场（0、0.7、1），要选择“Angle”，如下图：

在波长设定对话框中，选择F,d,C，如下图：

（2）初始结构及优化

初始结构为双胶合，LDE的初始参数，如下图：

查看初始的2D Layout，如下图：

查看点列图，如下图：

在最大视场（3°）的RMS radius已经达到了73um，弥散斑显著增大。

球差-色差曲线，如下图：

（3）双透镜分离

按“insert”在两个透镜之间插入一行，令T2=0.5mm，并设置为变量。LDE如下图：

打开MFE，添加操作数如下，其中CTGT操作数，控制两个玻璃间隔的中心厚度大于0.1mm，给权重1。

并将四个面的半径也设置为变量。

开始执行优化。

优化后的LDE，如下图：

此时的2D Layout，如下图：

球差-色差曲线，如下图：

尽管分离的间隔只有1mm左右，R2和R3的差别也不大，但球差曲线出现了更高级的分量，使得曲线整体更靠近纵轴，剩余球差LA`0.85=0.08，比相应的双胶合物镜的球差减小，从而弥散也变小。

点列图，如下图：