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ZEMAX光学设计实例(135)---一个双端负镜式广角物镜的设计

2021-12-20 10:18| 发布者:Davis| 查看:1064| 评论:0|原作者: 小小光08

摘要:本文介绍了使用ZEMAX软件设计一个双端负镜式广角物镜的过程,探讨了在超大视场情况下,采用特殊设计来校正像差的方法,以及这种设计的优点和局限性。
 
引言:
为了获得更大的信息量,有必要增大视场角。全视场角2ω≤80°的设计可以选择双高斯及变形结构。当视场角继续增大时,像差会非线性的增大,致使光线很难收敛。
当2ω≥120°时为超大视场(超广角),物镜结构需要采用特殊的设计。
80°≤2ω≤120°时,可以采用双端负镜式物镜的设计。
所谓双端负镜,就是最前端和最后端均为较大负光焦度的负透镜,多采用大弯月透镜,并朝向物镜中心的光阑弯曲,使得光阑前后中间组胶合面的视场角变小,以便校正像差。
 
设计指标:
设计一个双端负镜式广角物镜,指标如下:
波段/um
F
y`/mm
ω/°
f`/mm
BFL/mm
VIS
5.7
170
60
100
27
 
设计仿真:
首先输入系统特性参数,如下:
在系统通用对话框中设置孔径。
在孔径类型中选择“ParaxialWorking F/#”,并根据设计要求输入“5.7”;

在视场设定对话框中设置3个视场,要选择“Angle”,如下图:

在波长设定对话框中,设置F,d.C(Visible),如下图:

LDE参数,如下图:

查看2D Layout,如下图:

从上图可以看出,经过优化后的双端负镜式广角物镜,光阑大体位于系统中心,光阑前后均为胶合透镜组。前组中有三片负弯月透镜,使得主光线角度从光阑前胶合面的31.7°,逐渐增大,直到物方视场角为60°。后组中有两片负弯月透镜,作用与前组相似。
两端的负透镜承担了相当一部分大视场主光线的偏角,使得中间的胶合透镜组上的主光线角度仅有30多度,这样比较容易校正像差。
查看场曲和畸变,如下图:

该物镜的结构接近对称,可以很好地校正非对称像差。


查看Ray Fan:

查看纵向色差曲线:

由于居中的组件胶合面较多,在校正位置色差的同时,也校正了倍率色差。在球差色差曲线中,0.7视场和1视场各色光光线几乎相交,表明倍率色差校正得很好,这对于超广角物镜来说是一个重要的优势。
但所有的双端负镜式广角物镜有一个共同的缺点:由于负光焦度后组的作用,相对孔径很难做大。
查看像面相对照度:

由于大视场像方主光线的视场角很大,边缘视场的照度下降得很严重。


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