Zemax光学设计实例（56）---一个门窥镜的光学结构设计

导论：

从安全角度出发，人们希望通过门上的一个小孔能够大角度观察屋外的情景，要求有大的视场。

门上的简单小孔仅可以提供很窄的视场，而在门上小孔安装一个倒置的伽利略望远镜可以为观察者提供一个较宽的视场。

设计一个门窥镜的光学系统，视场150度，出瞳5mm，距离最后一块透镜的后表面0.5in。

在实际使用中，当观察者左右移动眼睛，视场会更大。

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“Float By Stop Size”，Apodization Type选择“Uniform”。

如下图：

在Field Data里，选择“Angle（Deg）”，输入0，25，50，75，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：

其中第5面和第8面设置为“Pick up”解。

然后查看下初始2D Layout，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+Spot Radius+Centroid”。“Rings”选项为“3”， “Arms”选项为“6”。

增加以下操作数：

PARY操作数，指定第8面的y向坐标，Py=1；

PARY操作数，指定第1面的y向坐标，Py=1；

DIVI操作数，指定第1个操作数和第2个操作数相除，目标值5.5，权重10；

OPLT操作数，控制第4个操作数小于1.4，权重1。

CTGT操作数，控制第4面的中心厚度大于0.78，权重1；

MNCG操作数，控制第1面至第7面的最小玻璃中心厚度，目标值是0.04，权重10；

MXCG操作数，控制第1面至第7面的最大玻璃中心厚度，目标值是0.2，权重1；

MNEG操作数，控制第1面至第7面的最小玻璃边缘厚度，目标值是0.05，权重10；

MNEA操作数，控制第2面至第6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6面的最小空气中心厚度，目标值是0.015，权重10；

TTHI操作数，用于监控第1面到第7面的厚度，目标值是1.2，权重10。

如下图所示：

打开LDE，将第2面，第4面和第7面的半径，第2面，第4面和第6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：

波前图，如下图：

Ray Fan图：

MTF图：

像所有的广角光学系统一样，该系统的入瞳有很严重的漂移，并随视场向物镜系统的前方移动。

由于这种结构只有一种玻璃材料，所以有色差。