Zemax光学设计实例（67）---一个带有整流罩的水下物镜的设计

导论：

深水探险，最好应用同心整流罩，原因是深水中会受到很大的压力。

同心整流罩光窗经常使用的材料是丙烯酸，若用玻璃材料，可选择N-BK7。

如果A是整流罩的曲率中心，也是系统的入瞳，那么，远距离物体发出的一条主光线应当没有折射地通过水-整流罩界面。与整流罩的曲率半径相比，若入瞳较小，则上下边缘光线通过该界面后的角度只是稍有变化。

为了补偿水下整流罩界面的像差，并将瞳孔移到更有影响的位置，有时会使用校正系统，因为水-整流罩界面的作用类似于一个很强的负透镜，所以，在对其后的标准物镜系统调焦时会相当困难。

设计一个带有整流罩的水下物镜，焦距1.105in，f#为f/2.8，视场角是60度。

该设计的整流罩并不是严格的同心结构，由于它有一定量的负光焦度，所以形成一个反摄远系统，与其焦距相对应，有很长的后截距。

从结构原因讲，为能更好地承受深水高压，通常更愿意使用同心整流罩。

通过移动整流罩后面的四块元件来实现调焦，即使N-LAF21玻璃很贵，但直径不是很大，所以，使用也不是问题。

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0，15，30，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：

PARY操作数，指定第12面的近轴Y向坐标，目标值0.851，权重1000；

TTHI操作数，控制第1面到第10面的总长度；

OPLT操作数，控制第2个操作数的目标值为3.7，权重10；

MNCG操作数，控制第3面至第10面的最小玻璃中心厚度，目标值是0.07，权重100；

MXCG操作数，控制第3面至第10面的最大玻璃中心厚度，目标值是0.4，权重10；

MNEG操作数，控制第3面至第10面的最小玻璃边缘厚度，目标值是0.04，权重100；

MNEA操作数，控制第4面至第9面的最小空气边缘厚度，目标值是0.02，权重1000；

MNCA操作数，控制第4面至第9面的最小空气中心厚度，目标值是0.015，权重100；

DIST操作数，监控畸变大小，目标值是0，权重1；

CTGT操作数，控制第11面的中心厚度大于，目标值1.4，权重1；

MNIN操作数，控制第3面至第10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3面至第10面的最大d光折射率，目标值是1.73，权重1；

MNAB操作数，控制第3面至第10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3面至第10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：