透镜设计练习要点.docx

第 15 章 单透镜设计 设计任务 设计一个焦距为100mm，相对孔径为1/5的单透镜系统，全视场2ω为10o，物距为无限 远，在可见光下工作，选用K5玻璃，光阑设置在入射光线遇到的透镜的第一个光学表面。 设计过程 我们新建一个“LENS.ZMX”文件。点击菜单栏中的“文件（File）”，将刚刚新建的文件另存为（Save As...）名为“单透镜设计”的文件，保存类型按默认设置，即文件名称的后缀为“.ZMX”。在屏幕中有一个名为“透镜数据编辑（Lens Data Editor ）”的窗口， 如图15-1所示。 图15-1透镜数据编辑（Lens Data Editor）窗口 图15-2 General 窗口 第一步：输入系统参数——入瞳直径值 点击“Gen”按钮，或执行命令“System→General...”，或同时按下快捷键“Ctrl+G ”， 可以打开“General”窗口，如图15-2所示。因为系统的焦距为100mm，相对孔径为1/5，所 以入瞳直径（Entrance Pupil Diameter）的孔径值（Aperture Value）为100×1/5=20mm。 第二步：输入系统参数——视场 点击“Fie”按钮，或执行命令“System→Fields...”，或同时按下快捷键“Ctrl+F ”， 可以打开“Field Data”窗口，如图15-3所示。因为全视场 2ω为10o，所以ω=5o，0.707ω =3.535o, 0.5ω=2.5o, 0.3ω=1.5o。 图15-3 Fields 窗口 第三步：输入系统参数——波长范围 点击“Wav”按钮，或执行命令“System→Wavelengths”，或同时按下快捷键“Ctrl+W ”， 可以打开“Wavelength Data”窗口，如图15-4所示。我们可以直接输入波长的数值，也可以选用“F,d,C[Visible]”，点击“Select”按钮即可选中，再点击“OK”按钮确定。主波长（Primary）选中0m。注意：可以在“X-Feild”列输入视场数据，也可以在“Y-Feild”列输入视场数据，但是最大视场值为半视场ω而不是全视场2ω。 图15-4 Wavelengths 窗口 第四步：输入“透镜数据编辑（Lens Data Editor）”的窗口中的数据 如图15-1，系统中有三个表面（Surface），从上到下依次是OBJ、STO和IMA。OBJ就是物面（Object Plane），STO即孔径光阑（Aperture Stop）的意思，但STO不一定就是光照 过来所遇到的第一个透镜，在设计一组光学系统时，STO可选在任一透镜上。通常第一表面 就是STO，若不是如此，则可在STO这一栏上按下鼠标，可选择在前面插入（Insert Surface， 或按下键盘中的“ Insert ”键）或在后面插入表面（ Insert After ，或同时按下快捷键“Ctrl+Insert ”），于是STO就不再落在第一个透镜边框上了。如果要删除某个光学表面， 可以点击键盘中的“Delete”，或执行命令“Edit→Delete Surface”。而IMA就是像平面（Image Plane）。因为设计任务要求光阑设置在入射光线遇到的透镜的第一个光学表面，所以我们 选中STO行，并在其后面插入一行，此时OBJ为第0个面，STO为第1个面，IMA为第3个面， 光学表面类型（Surf：Type）为“Standard”，即标准球面。在曲面半径（ Radius）列从上到下依次输入“Infinity”、“100”、“-100（这里的正负号遵从应用光学中的符号规则）” 和“Infinity”，单位为mm，其中Infinity为无限大的意思，表示该曲面半径为无限大，即该 表面为平面。在厚度、间距（Thickness）列依次输入“Infinity（这是因为物距为无限远）”、“5”和“100（因为设计任务要求系统的焦距为100mm，透镜很薄，故初始结构设定最后一光学表面与像面的距离为100mm）”，单位为mm。在玻璃（Glass）列和STO行的交叉单 元格中输入“K5”。“半口径（Semi-Diameter）”列会由自动计算出来，如图15-5所示。 图15-5 单透镜的Lens Data Editor窗口 现在系统参量的数据已经基本输入完毕，接下来我们来检验设计是否达到要求。 第五步：查看外形轮廓图 点击“Lay”按钮，或执行命令“Analysis→Layout→2D Layout”，或同时按下快捷键“Ctrl+L ”即可打开“Layout”图形窗口，如图15-6所示。 图15-6 单透镜的二维轮廓图（Layout） 从图15-6中可以看出实际光线的焦平面并不与IMA