Zemax光学设计实例（48）---读取光盘使用的激光聚焦物镜（1）

导论：

视频和光盘使用的物镜是体积较小，而数值孔径较大的光学系统，并在单激光波长下工作。系统覆盖的视场较小，光学质量达到衍射受限水平，是准齐明系统。

设计一个影碟机使用的物镜，使用氦氖激光器（波长0.6328um），f/1，视场1度，有效焦距0.2in。

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”，并根据设计要求输入“0.2”；

如下图：

在Field Data里，选择“Angle（Deg）”，输入0，0.25，0.5，如下图：

在波长设定对话框中，输入0.6328um一个波长，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2D Layout，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：

TTHI操作数，用于控制光学系统的指定起始面到终止面的实际长度，本行中权重为0，目标值由OPLT操作数给出；

OPLT操作数，控制第1行的操作数的目标值小于0.25，权重为10；

MNCG操作数，控制第1面至第5面最小玻璃中心厚度为0.022，权重为10；

MXCG操作数，控制第1面至第5面最大玻璃中心厚度为0.1，权重为10；

MNEG操作数，控制第1面至第5面最小玻璃边缘厚度为0.03，权重为10；

MNEA操作数，控制第2面至第4面最小空气边缘厚度为0.009，权重为10；

MNCA操作数，控制第2面至第4面最小空气中心厚度为0.01，权重为10；

DIMX操作数，控制0视场的畸变为0.02，权重为1；

CTGT操作数，控制第6面的中心厚度大于0.08，权重为10；

MNIN操作数，控制第1面至第5面的最小d光折射率为1.5，权重为1；

MXIN操作数，控制第1面至第5面的最大d光折射率为1.73，权重为1；

MNAB操作数，控制第1面至第5面的最小阿贝色散系数为25，权重为0.1；

MXAB操作数，控制第1面至第5面的最大阿贝色散系数为65，权重为0.1；

如下图所示：

打开LDE，将透镜的两个半径，透镜厚度和Conic值设置为变量，如下图所示：

点击OPT开始优化。

查看优化后的2D Layout：

优化后的点列图：

MTF图如下：

RMS Vs Field，如下图：

Ray Fan，如下图：

从点列图和MTF图看出，该系统的光学性能已经达到了衍射受限水平。

目前这类透镜一般都采用塑料或玻璃的注模工艺，其优点是重量轻，成本低和非球面设计。

虽然模具的成本非常高，但完成模具后，批量生产的透镜成本非常低，而且间隔和安装都模压在透镜中了。

由于存在比较严重的慧差，所以i，即使在0.5度视场时，性能也比较差，为使以上设计能够有效地得以应用，必须将光束与物镜的光轴调准，精度在几弧分范围之内。