Zemax光学设计实例（21）---无畸变目镜的设计

导论：

无畸变目镜是一种具有较大出瞳距离的中等视场的目镜，这种目镜的接眼透镜通常是一个平凸透镜，后面的三胶合组主要起校正像差的作用。这总目镜多用于要求体积比较小、倍率比较高的望远镜中，因为在一定的出瞳距离要求下，目镜的焦距短，物镜的焦距也可以大大缩短。

无畸变目镜的畸变比一般目镜小，在40%视场内为3%~4%。

设计一个无畸变目镜，其光学特性要求为

目镜焦距f`=25mm，正向光路的入瞳位于目镜前方约160mm，目镜的像方视场角2ω`=40度，出瞳直径D`=2mm，出瞳距离l<sub>z</sub>`>12mm，设计目镜时不考虑和物镜的像差补偿。

无畸变目镜同样按反向光路进行设计，对于反向光路来说，上述目镜的焦距f`=25mm，物平面位于无限远，l=∞，物方视场角2ω=40度，入瞳直径D=2mm，入瞳距离l<sub>z</sub>>12mm，出瞳距离l<sub>z</sub>`=160mm。

（来自《光学设计教程》第7章案例）

设计流程：

（1）原始系统的确定：

我们直接查找一个现有结构作为原始系统：

（2）Zemax设计与优化：

1）系统建模

首先输入系统特性参数，如下：

在General系统通用对话框中设置孔径和玻璃库。

对于目镜，物平面在无穷远处，在孔径类型中选择“Entrance Pupil Diameter”，并根据设计要求输入“2”；

在玻璃库标签中输入中国玻璃库“CHINA-LF”名称。

在视场设定对话框中设置6个视场（0，0.3，0.5，0.7，0.85，1视场），要选择“Angle（Deg）”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：

然后在LDE中输入查找出来的初始结构，如下图：

观察系统的二维结构图，如下图：

查看初始系统的点列图，如下图：

2）系统优化

首先建立评价函数。

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“PTV+Wavefront+Chief Ray”。设置如下图：

点击OK后，系统已经根据上述设置自动生成了一系列控制像差的操作数。

增加EFFL操作数，控制系统焦距为25mm，权重为1；

如下图所示：

返回LDE，为系统设置变量。将5个球面的曲率设置为变量，如下图所示：

点击opt按钮执行优化。

优化后系统的二维结构图，如下图：

查看优化后的点列图，如下图：

查看像散场曲和畸变曲线，如下图：

左图为像散场曲曲线，右图为畸变曲线。从右图可以看出，全视场的畸变在4%以内。