Zemax光学设计实例（70）---一个LCD投影物镜的设计

导论：

设计一个LCD投影物镜，焦距2.0in，f/5，投影图像直径1.75in，第一透镜前表面到像面的距离是9.414in。

由于实际上有三个光源，每个光源都有自己的物面，所以，可能需要通过移动这些物面的相对位置来补偿三基色（红，绿，蓝）的色差。但本设计中，没有考虑这个工作。

该物镜常用于将计算机形成的图像投影在一个屏幕上，所以，这会产生严重的梯形图像。为避免这一点，设计这些物镜时，幅面都比需要的大，以便上下移动物镜，减小梯形的影响。

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“Entrance Pupil Diameter”，Aperture Value输入“0.4”。

如下图：

在Field Data里，选择“Angle”，输入0，13，25，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：

MNCG操作数，控制第1面至第11面的最小玻璃中心厚度，目标值是0.18，权重10；

MXCG操作数，控制第1面至第11面的最大玻璃中心厚度，目标值是0.95，权重10；

MNEG操作数，控制第4面至第6面的最小玻璃边缘厚度，目标值是0.06，权重10；

MNEA操作数，控制第3面至第10面的最小空气边缘厚度，目标值是0.02，权重100；

MNCA操作数，控制第3面至第10面的最小空气中心厚度，目标值是0.015，权重10；

CTGT操作数，控制第12面的中心厚度大于，目标值0.3，权重1；

DIMX操作数，监控最大视场的畸变大小，目标值是6.2，权重0.1；

EXPP操作数，控制以像面为零点的岀瞳位置；

OPLT操作数，控制第8个操作数的结果小于，目标值-500，权重1；

TTHI操作数，控制系统总长；

OPLT操作数，控制第10个操作数的结果小于，目标值6.5，权重1；

RANG操作数，控制第12面Hy为1时的同Z轴向相联系的光线弧度角，目标值0，权重10；

RANG操作数，控制第12面Hy为0.5时的同Z轴向相联系的光线弧度角，目标值0，权重10；

MNIN操作数，控制第1面至第11面的最小d光折射率，目标值是1.5，权重1；

MXIN操作数，控制第1面至第11面的最大d光折射率，目标值是1.76，权重1；

MNAB操作数，控制第1面至第11面的最小阿贝色散系数，目标值是27，权重0.1；

MXAB操作数，控制第1面至第11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：