Zemax光学设计实例（73）---几种照明系统的设计

导论：

聚光镜将光源的能量转换到放映物镜的入瞳上，还必须为胶片（或其它被照明的目标）提供均匀照明。

假定圆孔被均匀照明，像面处的照度E是

E=TπB/4*[f^#(m+1)]²

式中，T是系统的透过率，B是物体的亮度，f^#是放大物镜的f数，m是放大率的绝对值。

如果A是胶片的面积，对于非常远的放映物镜（M>>1），则有

屏幕上的光通量=TπBA/4(f^#)²流明

所以，对于非常远的放映系统，其流行趋势是使用大幅面格式的胶片。

Zemax也可以用来设计折射聚光镜系统，但需要注意以下几点：

1）将孔径放置在胶片处；

2）系统具有适合的放大率，以便使光源充满放映物镜的入瞳；

3）一般没有渐晕；

4）如果非常重视边界违背量，而对像差不太在意，需要调整程序。

5）由于光源一般比较小，计算两个视场就足够了；

6）在从长共轭距追迹到光源时，希望得到枕形畸变，原因是，与入瞳中心区域相比，入瞳边缘被照明的面积与较大的光源面积应当成比例地对应，而实际情况是，绝大部分光源在入瞳边缘造成的亮度都比中心低。

7）这些系统很少是消色差的。

ZEMAX设计举例：

1.设计一个单位放大率的熔凝石英聚光灯，使光源充满0.5in的放映物镜瞳孔，NA为0.25，胶片直径2.0in。

在孔径类型中选择“Object Space NA”，ApertureValue输入“0.25”。

如下图：

在Field Data里，选择“Object Height”，输入0，0.125，0.25，如下图：

在波长设定对话框中，输入0.546um，0.640um，0.480um，0.590um和0.515um五个波长，0.546um为主波长，权重为1，其他4个波长的权重如下图：

然后将初始结构数据都输入到LDE中，如下图：

然后查看下2DLayout，如下图：

尽管该系统有严重的球差，但它是一个简单而实用的聚光灯，将球面转换成抛物面会使像质有很大提高。

2.设计一个0.2X熔凝石英聚光镜，f#为f/1，使光束充满直径为1.0in的放映物镜的入瞳。

在孔径类型中选择“Float By Stop Size”。

如下图：

在Field Data里，选择“Object Height”，输入0，0.25，0.5，如下图：

在波长设定对话框中，输入0.546um，0.640um，0.480um，0.590um和0.515um五个波长，0.546um为主波长，权重为1，其他4个波长的权重如下图：

然后将初始结构数据都输入到LDE中，如下图：

然后查看下2DLayout，如下图：

将第4面换成抛物面，可以有效降低球差。

3.设计一个f/0.833派热克玻璃聚光镜，由三块球面透镜组成，放大率为1，胶片直径1.8in，焦距为2.055in，与35mm单透镜反射式胶片的放映物镜相配是足够适合的。

在孔径类型中选择“Image Space F/#”，ApertureValue输入“0.833”。

如下图：

在Field Data里，选择“Object Height”，输入0，0.125，0.25，如下图：

在波长设定对话框中，输入0.546um，0.640um，0.480um，0.590um和0.515um五个波长，0.546um为主波长，权重为1，其他4个波长的权重如下图：

然后将初始结构数据都输入到LDE中，如下图：

然后查看下2DLayout，如下图：