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消色差单透镜 (Achromatic Singlet)

1-1 消色差单透镜

这个例子需要ZEMAX-XE或ZEMAX-EE的版本。在这个例子中,将使用衍射表面-「二元表面 2(Binary 2)」来设计消色差(Achromatic)之单透镜。透镜参数如下

l 系统孔径: 20 mm

l 视场角:近轴(on-axis)

l 波长:选择「F、d、C」

l 新增一个表面于LDE(默认只有三个表面)

l 表面一

曲率半径:变数

厚度:10 mm

玻璃:BK7

l 表面二

曲率半径:使用解(Solve)「F/2」。将鼠标移至表面「2」之曲率半径的栏上,点击鼠标右键并选择F Number的解类型,键入F/#为2。

厚度:变数(点击此栏,单击键盘上的Ctrl + Z)。

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接着建立绩效函数(merit function),其条件为均方根(RMS) – 斑点半径(Spot radius) – 质量中心(Centroid)。

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1-2 标准单透镜

进行优化。如下列分析图所示,系统的性能被球差(spherical aberration)所限制。

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1-3 新增衍射表面

为降低系统目前的球差与色差,将表面1的表面类型改变为「Binary 2」

l 将鼠标移至表面1之「表面类型」的栏

l 按下键盘的「Enter」

l 在表面1的属性对话框中选择「类型」的标签

l 单击四次「B」键

这个表面类型将是「Binary 2」

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1-4 设罝衍射参数

接着从主选单的编辑器(Editors)中,选择额外资料编辑器(Extra Data Editor)。在表面1,二元表面上设罝:

l 设罝最大数目为2

l 正规化曲率半径为2

l 设罝「coeff on p^2」与「coeff on p^4」为变数

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再优化一次

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1-5 评估系统性能

再次观察优化后的系统性能,球差有明显下降,色差将被良好的平衡。

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1-6 相位属性分析

现在来判断此设计制造的可行性。可达到相位变化2π的最小局部之放射半径为何?在扩展(Extensions)主选单下,选择「Phaseplot」。从约127个周期横越表面。最小局部约为0.055 mm,放射距离约为7.5 mm。

针对四阶的二元表面,最小阶为13.75μm。较高性能的八阶二元表面需要小于7μm。

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