目录
[隐藏]

变焦透镜 (Zoom Lens)

1-1 变焦透镜

ZEMAX中MC(Multi-Configuration,F7)功能的一个常见应用为变焦透镜设计。这个例子将涵盖变焦透镜的基本设罝与优化。这里有个变焦透镜系统的简易规格:

l 有效焦距:75、100、125 mm;

l 入瞳直径:25 mm(F/3、F/4、F/5);

l 三群镜组:皆为BK7与F2的胶合透镜;

l 透镜厚度:中心与边缘厚度须大于2 mm,中心厚度须小于10 mm;

l 透镜间距:中心与边缘距离必须大于1 mm;

l 视场角度:近轴像高为0、15.1、21.6 mm(针对35 mm的胶片);

l 波长范围:F、d、C(可见光波段)。

1-2 设罝系统参数

开启系统(System),一般(General)对话框。

l 在孔径标签(Aperture Tab):

n 孔径类型:入瞳直径

n 孔径值:25 mm

n 按下「确认」。

l 在单位标签(Units Tab):

n 确认透镜单位为毫米(Millimeters)。

clip_image002

clip_image004

在这个设计中,我们将在设罝基本系统参数后键入场资料。

1-3 初始透镜参数

我们开始最基本的设计形式。开始时使用三群透镜组件,每一群都使用BK7与F2组成之胶合透镜。透过冕牌与火石材料的结合可以有效地降低色差。这个基本的对称型式则可以有助于平衡像差。请依照下图所示之参数键入基本设计于LED(请忽略半高(Semi-Diameter)栏)。(或者是,您可以从\Samples\Tutorial\Tutorial zoom.zmx载入文件)

clip_image006

clip_image008

1-4 设罝视场角

开启场(Field Data)资料对话框。

l 选择「近轴像高(Paraxial Image Height)」单选按钮

l 使用三个场位置

l Y场为0.0、15.1以及21.6 mm

l 按下「OK」

clip_image010

1-5 设罝波长

开启波长(Wavelength)资料对话框

l 从下拉式选单中挑选「F、d、C(visible)」

l 按下「Select」

l 按下「Ok」

clip_image012

clip_image014

1-6 定义多组态透镜

MC的参数将设罝于多组态编辑器(Multi-Configuration Editor(MCE))。选择编辑器(Editor),然后从主选单列中挑选多组态(Multi-Configuration),开启MCE(或使用功能键F7)。从MCE主选单列中挑选Edit,然后插入组态(Insert Config)两次。现在MCE将有三行组态。只有被键入进MCE的参数才会在组态间有所差异。没有被键入进MCE的参数将保持为定值。

我们将允许所有透镜个别设罝MC参数为MC变数。将游标移至MCE,按下「Insert」键三次。现在MCE有四个列。这些将被设罝为表面3、4、7以及10的厚度。

clip_image016

1-7 键入多组态参数

键入参数。将游标置于MCE的最左行的第一列并且按下左键。这将开启多组态操作数1(Multi-Config Operand 1)的对话框。用来设罝表面三的厚度。以下是键入资料的快速方式。

l 按下「T」键三次。在「操作数类型(Operand Type)」下拉式选单内将选择「THIC」。

l 按下Tab。游标将被移置「表面(Surface)」栏。

l 按下3以选择表面三。

l 按下「OK」。

针对其它三个表面再设罝三次:

l 右键、「T」、「T」、「T」、Tab、4、Enter

l 右键、「T」、「T」、「T」、Tab、7、Enter

l 右键、「T」、「T」、「T」、Tab、1、1、Enter

n 在下拉式选单里搜寻第一个字符。「10」是第二个被选择的。

clip_image018

1-8 设罝多组态变数

设罝编辑器内所有项目为MCE变数。(Ctrl+Z)

clip_image020

在LDE,也设罝所有透镜的曲率与厚度为变数。

clip_image022

1-9 建立多组态绩效函数

开始建立默认的绩效函数(Default merit Function)。开启MFE(功能键F6),在MFE主选单挑选Tools\Default Merit Function

l 选择:RMS – Spot Radius – Centroid

n 出瞳积分方法(Pupil Integration Method)选择Gaussian Quadrature

l 厚度边界条件

n 玻璃:2、10、2

n 空气:1、200、1

clip_image024

clip_image026

1-10 增加限制条件

注意在MFE的第一个操作数为「CONF」。所有MC的绩效函数将以此操作数开头,「CONF」操作数指示的操作数参照哪个组态。第一个键入被参照的为组态一,可透过「Cfg#」这个栏可以得知。接着是操作数「CONF 2」以及应用于组态二的操作数,然后是组态三。

我们还需要增加新的操作数来限制每个系统的聚焦长度,我们将放置操作数于绩效函数的上面。而每个「EFFL」必须伴随一个「CONF」操作数。组态一所限制的聚焦长度为75 mm、组态二为100 mm、组态三为125 mm。每个EFFL操作数使用权值「1」。

clip_image028

1-11 设罝透镜尺寸

所有组态的镜组必须有同样的尺寸(半高(Semi-Diameter))。这里可以透过解(Solve)来进行限制。「最大(Maximum)」半高的解将被设罝每个组态中,每个表面半高的最大要求,这将确保边缘厚度的边界条件不被违反,不会产生异常的透镜。

解设罝:

l 将游标置于表面一的半高栏上,并且按下Enter。

l 按下「M」以选择「Maximum」的解型态。

l 按下Enter接受设罝。

l 按下向下键(Down Arrow)到表面二。

重复其余的面,除了孔径以及成像面。快速设罝如下所示:

l Enter - 「M」- Enter – 向下键(Down Arrow)

l Enter - 「M」- Enter – 向下键(Down Arrow)

l 等等...

(Samples\Tutorial\Tutorial zoom 2.zmx的透镜文件显示到这里的所有内容)

clip_image030

1-12 运行优化

这个透镜已经准备好进行优化。我们希望看到优化过程中所有组态的相对外型。我们将使用3D出图(Layout)(按钮列上L3d 按钮)。接着开启3D出图的设罝对话框(Settings Dialog Box)。改变设罝

l 光线数:5

l 组态:所有

l 点击「Hide Lens Edges」

l 点击「Suppress Frame」

l Y位移:75

然后按下「OK」。

clip_image036

clip_image038

1-13 评估系统性能

开启优化工具对话框(Optimization Tool Dialog Box)(Opt按钮),点击「Auto Update」并且单击「Automatic」。完成优化后,观察出图以及一些分析图表。

clip_image040

clip_image042

clip_image044