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ZEMAX光学设计实例（121）---一个带棱镜的双胶合消色差物镜的设计

2021-12-20 10:44| 发布者：Davis| 查看：1916| 评论：0|原作者: 小小光08

摘要：本文介绍ZEMAX光学设计下设计一个带棱镜的双胶合消色差的物镜的过程。首先根据要求设置系统参数，然后对双胶合物镜进行参数设定和查看球差-色差曲线，在此基础上添加等效平板原料并进行Hammer优化。最后将等效平板改为45°直角反射棱镜，注意优化和Hammer优化要在等效平板下进行。

引言：

在光路中常常会带有平板玻璃，如分光镜、棱镜等。

设计要求：

设计一个带棱镜的双胶合消色差的物镜，指标如下：

焦距f`	波段	F=f`/D	视场ω
100mm	VIS	5.2	3°

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“5.2”；

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）双胶合物镜

LDE的参数，如下图：

查看的2D Layout，如下图：

点列图，如下图：

查看球差-色差曲线，如下图：

（3）带等效平板的双胶合物镜

在双胶合物镜后拆入一个等效平板，平板厚度与棱镜中光轴的长度一致，材料为H-K9L，LDE如下图：

查看此时的球差-色差曲线，如下图：

当等效平板厚度过大时，纵向色差校正得不理想，说明双胶合物镜所用的玻璃对不适用，此时可以用Hammer优化来更换玻璃对。

将玻璃设置为Substituted（S），并将三个曲率半径设置为变量（V），如下图：

在Gen\Glass Catalog菜单里选定玻璃供应商，如CDGM，如下图：

玻璃供应商一般选择一家就可以了。但当设计复杂的光学系统时，就必须同时选择两家或多家供应商了。

开始Hammer优化，很快可以得到新的玻璃组合H-BAK7和H-ZF3，LDE如下图：

注意：这个玻璃对并不是唯一的选择，可以根据具体要求选择不同的玻璃对。

此时的球差-色差曲线，如下图：

此时，色差和球差均符合要求了。

（4）带棱镜的双胶合物镜

现在将等效平板改成45°直角反射棱镜。

在物镜最后表面和像面之间插入4行，用来代替等效平板。

第4行，棱镜材料为H-K9L，厚度8mm，并在Type\Aperture中设定棱镜为16×16的正方形孔径，如下图：

第5行和第7行为Coordinate Break（坐标断点），并设两面分别绕X轴反向旋转45°。

第6行的材料设置为MIRROR（反射面），并在Type\Aperture中设定该面为16×22.6的矩形孔径，如下图：

第8行，在Type\Aperture中设定该面为16×16的正方形孔径，如下图：

由于反射后坐标轴反向，从第7面往下所有的长度填写负值，LDE如下图：

查看3D Layout，如下图：

需要注意的是，优化及Hammer优化都要在等效平板下进行，这样才能确保计算结果的可靠性。

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