今天,我们来手把手做一个入门成像设计练习:一个双高斯物镜
设计指标如下图所示
好,我们开始吧
从指标中我们看到视场角为6.5°,所以我们可以从ZEMAX中的sample中选择比较接近的5°的双高斯镜头:
打开后外形如下:
根据设计需求更改镜头主要参数
1. 焦距缩放
镜头原来的焦距为4mm
因此进行焦距缩放,放大倍数为35/4=8.75倍:
缩放后的焦距为35mm
2. 更改F-number为题目要求的1.8
3. 设置波长为CDF,即为可见光波长
4. 由像高为4,焦距35可以计算,在畸变为0的情况下,视场角对应为:
tan(θ) = y/f = 4/35 = 0.1143
所以比较精确的视场角 θ = 6.52°
按照该值在软件中进行设定
5. 修改玻璃库
原先的玻璃库为肖特玻璃库,先将所有玻璃都设为变量,如下图所示:
然后将玻璃库设定为CHENGDU玻璃库,即成都光明玻璃库:
再取消玻璃库的变量设定,软件自动从玻璃库中选择接近的玻璃进行匹配,结果如下:
然后我们开始优化这个镜头:
1.先取消原先的固定孔径:
2. 将半径与玻璃厚度、空气间隔设定为变量,快捷键:Ctrl+z
3. 考虑到增加优化变量,将原胶合的镜片增加空气间隔,变成2个透镜
4. 按F6,进入评价函数设定表格,添加默认评价函数,如下表
5. 按照题目要求,加入设计目标:
1) 通过TTHI限定后焦距大于14
2) 设定焦距35mm为优化目标
3) 限定系统总长小于55
6. 执行优化
初步优化后的结果如下图所示
点列图:各个视场RMS小于6um
MTF图如下图所示
由此可见,边缘视场和中心视场的MTF已经大于0.3,已满足设计需求,但是中心视场(蓝线)的MTF低于边缘视场,因此需要做一些微调
7. 优化调整
重新设置视场的权重,增加中心视场的权重:
重新生成默认优化函数:
重新执行优化
优化后结果如下:
2D 图:
RMS图:
MTF图:
可以看到各个视场的MTF均超过了0.4,各项指标满足了设计要求,设计完成