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Zemax光学设计实例（108）---一个傅里叶变换透镜的设计

2021-12-20 10:24| 发布者：Davis| 查看：1708| 评论：0|原作者: 小小光08

摘要：本文介绍了如何使用Zemax光学设计软件设计傅里叶变换透镜，该透镜可用于图像频谱分析和空间滤波等光学信息处理系统中。文章详细描述了设计的要求、流程及优化过程，并强调了畸变校正的重要性。

导论：

光学镜头既可以作为成像传递信息的工具，又可以作为计算元件。具有傅里叶变换的能力、为这个目的设计的镜头称为傅里叶变换镜头。这种镜头结构简单，信息容量大，具有进行预算和处理信息的能力，而且运算速度为光速，因此应用广泛，常用于图像频谱分析、空间滤波等相关工作，是光学信息处理系统中的基本部件。

傅里叶变换透镜要求对两对物像共轭位置校正像差，一般对物面校正球差、彗差、像散、场曲，整个视场内像质达到衍射极限，且对光阑位置校正球差、彗差。

由像差理论可知，平行于光轴出射的光线满足正弦条件，而当主光线满足正弦条件时，必存在物面畸变。

当满足无畸变的共线成像关系时，常规光学系统主面是平面，谱面上无畸变的理想像高y`=f`tanU，而傅里叶变换透镜要求像高y`=f`sinU，相当于主面是一个以交点为中心的球面，其畸变为δy`=f`(sinU-tanU)，因此，以常规光学系统作为傅里叶变换透镜时，最大谱面范围由谱点位置的非线性误差所限制。

设计要求：

设计一个傅里叶变换透镜，要求D/f`=1/12.54，最大处理面直径Φ=30mm，最大频谱面直径Φ=30mm，最高空间频率N_max=73lp/mm，使用波段0.4861～0.6563um。

因为最大处理面直径Φ=30mm，即D=30mm，而D/f`=1/12.54，所以f`=376.3mm。

于是tanU=D/2/f`=0.039862，U=2.2827°，相对畸变值为