Zemax光学设计实例（72）---一个20X轮廓投影仪物镜的设计（远心系统）

导论：

远心光学系统是出瞳位于无穷远的一种光学系统（主光线平行于光轴），由于主光线与光轴平行，所以，测量与像的位置无关。物体可以放置在其景深内的任何位置。

应用包括测量螺纹的轮廓投影仪的物镜，液晶显示（LCD）的物镜和数字光投影仪（DLP）的投影物镜。

设计一个20X轮廓投影仪的物镜，f#是f/2.8。。

ZEMAX仿真：

（1）系统建模：

由设计要求，在“Units”的“Lens Units”选择“inches（英寸）”。如下图：

在孔径类型中选择“Object Space NA”，ApertureValue输入“0.008”。

如下图：

在Field Data里，选择“Object Height”，输入0，5，10，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：

然后查看下初始2DLayout，如下图：

（2）系统优化：

打开MFE，选择“Tools-Default Merit Function”，在评价函数设置对话框中，选择默认的评价函数构成为“RMS+Wavefront+Centroid”。“Rings”选项为“6”， “Arms”选项为“10”。

增加以下操作数：

MNCG操作数，控制第1面至第11面的最小玻璃中心厚度，目标值是0.12，权重10；

MXCG操作数，控制第1面至第11面的最大玻璃中心厚度，目标值是0.9，权重1；

MNEG操作数，控制第1面至第11面的最小玻璃边缘厚度，目标值是0.08，权重10；

MNEA操作数，控制第2面至第9面的最小空气边缘厚度，目标值是0.02，权重10；

MNCA操作数，控制第2面至第9面的最小空气中心厚度，目标值是0.015，权重10；

CTGT操作数，控制第12面的中心厚度大于，目标值2.75，权重1；

DIMX操作数，监控最大视场的畸变大小，目标值是0.5，权重10；

TTHI操作数，控制第1面至第11面的总长；

OPLT操作数，控制第8个操作数的结果小于，目标值6.6，权重1

EXPP操作数，控制以像面为零点的岀瞳位置；

OPLT操作数，控制第10个操作数的结果小于，目标值-1000，权重1

RANG操作数，控制第12面Hy为0.5时的同Z轴向相联系的光线弧度角，目标值0，权重0.1；

RANG操作数，控制第12面Hy为1时的同Z轴向相联系的光线弧度角，目标值0，权重0.1；

MNIN操作数，控制第1面至第11面的最小d光折射率，目标值是1.5，权重1；

MXIN操作数，控制第1面至第11面的最大d光折射率，目标值是1.73，权重1；

MNAB操作数，控制第1面至第11面的最小阿贝色散系数，目标值是25，权重0.1；

MXAB操作数，控制第1面至第11面的最大阿贝色散系数，目标值是65，权重0.1；

如下图所示：

打开LDE，将所有面的半径，各个面的厚度设置为变量，如下图所示：

点击OPT开始优化。

查看优化后的2D Layout：

点列图：

Ray Fan图：

RMS Vs Fields：

MTF：

Field Curv/Dist：