Zemax光学设计实例（23）---II型广角目镜（艾尔弗目镜）的设计

导论：

为了满足提高目视光学仪器的倍率和视场的要求，同事仪器的体积又尽量小，要求设计具有更大视场，同时又有较大出瞳距离的目镜，这就是广角目镜。

增加目镜的视角，首先遇到的障碍是场曲x_p`，随着视场的增加，x<sub>p</sub>`按平方关系增加，严重影响大视场的成像质量，必须在广角目镜中设法减小；其次在出瞳距离一定的条件下，随着视场增加，轴外光束的投射高增加，各种高级像差增大，当目镜对视场边缘校正了像差，中间视场仍将有很大的剩余像差。

根据前面对目镜校正场曲的分析，为了减小场曲，必须在系统中加入负透镜组，并且要求正、负透镜组远离，合理的位置是负透镜位在靠近物方焦面的一边。这样一方面能减小场曲，同时也能增加出瞳距离。但是根据前面的分析，这将进一步增大正透镜上轴外光束的投射高，使轴外像差的校正变得更加困难。为了解决这些矛盾，必须使目镜的结构复杂化。

II型广角目镜，又称为艾尔弗目镜，这种目镜的接眼正透镜组由一个双胶合组合一个单透镜构成。前面也是一个双胶合组，负光焦度是由前面一个凹面和胶合面产生的，它也起到协助校正接眼透镜组像差的作用。

一般对需要安装分划镜的望远镜系统，物镜和目镜应尽可能独立校正像差。

设计一个II型广角目镜（艾尔弗目镜），其光学特性要求为

目镜焦距f`=25mm，目镜的像方视场角2ω`=60度，出瞳直径D`=4mm，出瞳距离l<sub>z</sub>`>20mm，设计目镜时不考虑和物镜的像差补偿。

II型广角目镜同样按反向光路进行设计，对于反向光路来说，上述目镜的焦距f`=25mm，物平面位于无限远，l=∞，物方视场角2ω=60度，入瞳直径D=4mm，入瞳距离l<sub>z</sub>>20mm，出瞳距离l<sub>zm</sub>`=250+8=258mm。

（来自《光学设计教程》第7章案例）

设计流程：

（1）原始系统的确定：

我们直接查找一个现有结构作为原始系统：

（2）Zemax设计与优化：

1）系统建模

首先输入系统特性参数，如下：

在General系统通用对话框中设置孔径和玻璃库。

对于目镜，物平面在无穷远处，在孔径类型中选择“Entrance Pupil Diameter”，并根据设计要求输入“4”；

在玻璃库标签中输入中国玻璃库“CHINA-LF”名称。

在视场设定对话框中设置6个视场（0，0.3，0.5，0.7，0.85，1视场），要选择“Angle（Deg）”如下图：

在波长设定对话框中，选择F，d，C（visible）自动加入三个波长，如下图：

然后在LDE中输入查找出来的初始结构，如下图：

观察系统的二维结构图，如下图：

查看初始系统的点列图，如下图：

2）系统优化

首先建立评价函数。

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“PTV+Wavefront+Chief Ray”。设置如下图：

点击OK后，系统已经根据上述设置自动生成了一系列控制像差的操作数。

增加EFFL操作数，控制系统焦距为25mm，权重为1；

如下图所示：

返回LDE，为系统设置变量。将8个球面的曲率设置为变量，如下图所示：

点击opt按钮执行优化。

优化后系统的二维结构图，如下图：

查看优化后的点列图，如下图：