Zemax光学设计实例（44）---一个F-θ文件扫描物镜的设计

导论：

F-θ扫描物镜用来扫描一份打印或阅读文件。一台扫描装置要有一个合适的外部入瞳。扫描装置可以是一块旋转多棱镜，旋转反射镜，反射镜检流计，压电检测器等。通常，被扫描的文件是平放的。若使用旋转多棱镜扫描装置，则以均匀的高角速度旋转，对于均匀间隔的图像位置，必须使像高正比于扫描角（这与照相物镜不同，是正比于角的正切值）。

对于其他扫描系统，一般这种线性关系也是正确的。

像高=KFθ

上式中，F是物镜焦距，θ是扫描角。如果θ单位是度，则K=0，0175。

设计一个文件扫描物镜，焦距为24in，入瞳直径2.0in，对于可见光谱范围进行优化，其扫描的文件的宽度是14in，扫描角为33.4度。

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“Entrance Pupil Diameter”，并根据设计要求输入“2”；

如下图：

由FOV=33.4度，则HFOV=16.7，设置所需控制的视场角，在Field Data里输入4个视场（0，0.33， 0.67，1），如下图：

在波长设定对话框中，选择F，d，C（visible）自动加入三个波长，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+Wavefront+Centroid”。“Rings”选项为“4”， “Arms”选项为“8”。

增加以下操作数：

MNCG操作数，控制最小玻璃中心厚度为0.15，权重为10；

MXCG操作数，控制最大玻璃中心厚度为0.8，权重为1；

MNEG操作数，控制最小玻璃边缘厚度为0.08，权重为10；

MNEA操作数，控制最小空气边缘厚度为0.02，权重为10；

MNCA操作数，控制最小空气中心厚度为0.015，权重为10；

DISC操作数，标准畸变，用于设计f-θ透镜，为0，权重为0.01；

CTLT操作数和CTGT操作数，用于控制第4面的中心厚度，大于0.25，小于0.45，权重都为1；

CTLT操作数和CTGT操作数，用于控制第8面的中心厚度，大于0.4，小于0.55，权重都为1；

MNIN操作数，控制最小d光折射率为1.5，权重为1；

MXIN操作数，控制最大d光折射率为1.75，权重为1；

MNAB操作数，控制最小阿贝色散系数为25，权重为1；

MXAB操作数，控制最大阿贝色散系数为75，权重为1；

5个REAY操作数，权重为0，用于监控Hy分别为0.2，0.4，0.6，0.8，1处的像高。

如下图所示：

打开LDE，将各个透镜的半径和透镜厚度与间距设置为变量，如下图所示：

点击OPT开始优化。

查看此时的2D Layout：

优化后的点列图：

查看光扇图：

查看MTF：

查看RMS光斑半径与视场图：