Zemax光学设计实例（43）---一个5P镜头的设计实例

导论：

以台湾大立光的专利（CN109425964A）中一款5P镜头为例。

专利中的取像装置示意图，如下图：

从上图可知，取像装置包含影像透镜系统组与电子感光元件380。

影像透镜系统组由物侧至像侧依序包含光圈300，第一透镜310，第二透镜320，光阑301，第三透镜330，第四透镜340，第五透镜350，红外滤光元件（filter）360与成像面370。其中，电子感光元件380设置于成像面370上。

五个透镜（310，320，330，340，350）均为塑料材质（因为称为5P），且每个透镜的两个面都为非球面。

滤光元件360的材质为玻璃，其设置于第五透镜350及成像面370之间，并不影响影像透镜系统组的焦距。

上述各透镜的非球面的曲线方程式如下：

其中：X---非球面上距离光轴为Y的点，其与相切于非球面光轴上交点的切面的相对距离

Y---非球面曲线上的点与光轴的垂直距离

R---曲率半径

k---锥面系数

Ai---第i阶非球面系数

该影像透镜组的焦距f=5.09mm，光圈数（F-number）Fno=2.68，最大视角的一半HFOV=32.3度。

该取像装置的球差，像散及其畸变曲线图，如下图：

该取像装置详细的结构数据，如下图：

该取像装置详细的非球面数据，其中，k为非球面曲线方程式中的锥面系数，A4至A16表示各表面第4至第16阶非球面系数。如下图：

ZEMAX仿真：

（1）系统建模：

由焦距f=5.09mm，光圈数（F-number）Fno=2.68，可以计算出EPD=5.09/2.68=1.90。在Aperture里输入相应数据，如下图：

由HFOV=32.3度，设置所需控制的视场角，在Field Data里输入6个视场（0，0.3，0.5，0.7，0.85，1），如下图：

在Wavelength Data里选择F.d.C(Visible)，如下图：

然后将专利的结构数据和非球面系数都输入到LDE中，如下图：

然后查看下2D Layout，如下图：

此时，系统的焦距是5.2145mm，Fno是2.96，这和专利里的数据有差异。

再按F6打开MFE，插入5个EFLY操作数，查看每个透镜的焦距，第一透镜和第四透镜和专利里给出的焦距有一些差异，第二透镜，第三透镜和第五透镜和专利里面给出的焦距基本一样，如下图：

查看点列图：

从点列图看出，各个视场的RMS radius还是有点大。

（2）系统优化：

按F6打开MFE，增加EFFL操作数，控制系统焦距为5.09，权重为1；增加EFLY操作数，表面选2-3，控制第一透镜的焦距为2.65，权重为1；增加EFLY操作数，表面选9-10，控制第四透镜的焦距为-249.96，权重为1；

如下图所示：

打开LDE，将第一透镜和第四透镜的两个面半径设置为变量，如下图所示：

点击OPT开始优化。

查看此时的2D Layout：

优化后的点列图：

查看细光束场曲与畸变曲线：

查看MTF：