Zemax光学设计实例（65）---一个应用于电影摄像机（35mm胶片）的双高斯物镜

导论：

准对称型双高斯物镜是消像差照相物镜的基本形式之一。该类物镜的光学元件以光阑为中心，形成几乎是对称的结构布局。光阑周围是两个消色差透镜，火石玻璃元件靠近光阑，且其凹面对着光阑。在大孔径和中等视场范围内可以使像差得到较好校正。

一般来说，该类物镜的孔径可以达到f/2.8或更小，视场至少30度，后截距是焦距的0.5~0.9倍，是35mm单物镜反射式（SIR）相机及电影摄像机的基本镜头。为了降低f#，一般是在该类物镜的前面或后面额外增加一些光学元件。

设计一个应用于电影摄像机（35mm胶片）的双高斯物镜，焦距1.378in（35mm），f#为f/2.5，视场48度。

ZEMAX仿真：

（1）系统建模：

由设计要求，在“Units”的“Lens Units”选择“inches（英寸）”。如下图：

在孔径类型中选择“Image Space F/#”，ApodizationType选择“Uniform”。

如下图：

在Field Data里，选择“Angle（Deg）”，输入0，12，24，如下图：

在波长设定对话框中，输入0.546um，0.640um，0.480um，0.590um和0.515um五个波长，0.546um为主波长，权重为1，其他4个波长的权重如下图：

然后将初始结构数据都输入到LDE中，如下图：

然后查看下初始2DLayout，如下图：

（2）系统优化：

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“RMS+Wavefront+Centroid”。“Rings”选项为“4”， “Arms”选项为“8”。

增加以下操作数：

EFFL操作数，控制系统焦距，目标值1.378，权重100；

MNCG操作数，控制第1面至第10面的最小玻璃中心厚度，目标值是0.06，权重10；

MNEG操作数，控制第1面至第10面的最小玻璃边缘厚度，目标值是0.04，权重10；

MNEA操作数，控制第2面至第8面的最小空气边缘厚度，目标值是0.02，权重10；

MNCA操作数，控制第2面至第8面的最小空气中心厚度，目标值是0.015，权重10；

DIST操作数，监控畸变大小，目标值是0，权重0.1；

CTGT操作数，控制第11面的中心厚度大于，目标值0.75，权重10；

MNIN操作数，控制第1面至第8面的最小d光折射率，目标值是1.5，权重10；

MXIN操作数，控制第1面至第8面的最大d光折射率，目标值是1.73，权重10；

MNAB操作数，控制第1面至第8面的最小阿贝色散系数，目标值是25，权重0.1；

MXAB操作数，控制第1面至第8面的最大阿贝色散系数，目标值是65，权重0.1；

如下图所示：

打开LDE，将所有面的半径，各个面的厚度设置为变量，如下图所示：

点击OPT开始优化。

查看优化后的2D Layout：

点列图：

Ray Fan图：

RMS Vs Fields：

MTF：

Field Curv/Dist：

该设计中采用高折射率的镧面玻璃（N-LAK33）有利于减小球差。

该设计中，全视场存在着渐晕，使边缘的相对照度降低到约80%。