Zemax光学设计实例（18）---惠更斯目镜的设计

导论：

两个正透镜组成的惠更斯目镜校正垂轴色差必须满足的条件是

使用相同的玻璃材料时，透镜之间的间隔d=（f₁`+f<sub>2</sub>`）/2。

惠更斯目镜能同时校正像散、慧差、垂轴色差，它的视场可达到40~50度，相对出瞳距离l_z`/f`=1/4，惠更斯目镜的缺点是不能安装分划镜。

惠更斯目镜被广泛用于观察显微镜中。

设计一个显微镜的10X惠更斯目镜，其光学特性要求为

焦距f`=25mm，视场角2ω`=40度，出瞳直径D`=2mm，出瞳距离l<sub>z</sub>`>6mm。

目镜的入瞳在目镜前方150mm处。

按反向光路进行设计，相应的参数为

目镜的焦距f`=25mm，物平面位于无限远，l=∞，物方视场角ω=-20度，入瞳直径D=2mm，入瞳距l<sub>z</sub>>6mm，出瞳距l<sub>z</sub>`=150mm。

（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：

上述系统的焦距为f‘=15mm，

（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。将两个凸面的曲率和第4面的厚度（即两透镜之间的间隔）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：

从上图看出，第二透镜口径不合理，出现前后表面相交（即第一面边缘厚度为负值）的情况。

此时点击第一面厚度框，选择“Edge Thickness”，并在厚度“Thickness”中输入0.5，这表示第一面的边缘厚度被控制为0.5mm，系统根据这一控制自动调整第一面的中心厚度。

此时，系统的二维结构图，如下图：

查看此时的点列图，如下图：