光阑的移动对像差的控制 Q4h6K7
【说明】 '`sZo1x%f
这个教程是参照Lens Design 的6.3 章节内容编写的。目的是总结一下个人学习的体会。发表出来的原因是供光学设计的同行相互学习和交流。我发现,国外的教科书的最大好处就是,它们在你看的时候,时刻调动你的脑子;就是说在教你数数的时候,也是12345 789,然后问你中间应该是什么?而不是像国内的很多教科书一样,直接说123456789,这样容易给学生带来惰性,而仅仅是简单去背诵,这样的坏处是可能抑止了学生的独立思考和创造性。我一向认为中国的背诵功夫是世界一流的J。 [Ol~}@gV
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【正文】 jt`\n1q)
我们知道通过弯曲单透镜的曲率,可以对球差进行控制(问:为什么弯曲单透镜曲率就可以控制球差?);但是在单透镜曲率不变而且尺寸也不变化的时候,移动光阑的位置不会对球差有任何影响;(为什么?)但是光阑的移动确会引起慧差和像散的变化。对于这些离轴的像差,我们随后的章节将会更详细的说明和解释。 U["-`:>jfp
这里我们仅仅说明光阑的移动对像差的影响,我们采用的例子是一个单透镜,对等凸透镜。采用BK7 玻璃,焦距是400,开始的光阑在第一面上。光阑的口径是40,视场角是5度。透镜的厚度是4。请先把这个透镜情况,通过计算放置在ZEMAX 文件中。(问:透镜的曲率项目,也就是zemax 中的半径项目是如何计算和确定的?) nh]}KFO h
由于透镜的厚度,一开始这个透镜的焦距不是严格的400,我们可以通过如下的方式进 T*{nf
行调整:在透镜两个面的半径上都设置器为变量,也就是半径的后边有个“V”(如何设置?)。 b]6@
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然后在最后一面的厚度上设置M-solve 参数(如何设置?),确定到后焦距的距离。 $_f"NE}
然后在优化参数的编辑器MFE 上,按照下边的设置(如何设置?): d}^G790
Operand Target Weight "?v{?,@
EFFL 400 1 /C
然后进行优化,我们发现焦距现在是精确的400。 <c.8f;1F
观察最后的结果,我们可以注意到,透镜的曲率都有变化,但这个透镜仍然是对等双凸透镜(zemax 本身优化方法确定),这个和在最后一个面的曲率上采用F-solve 的方式是不一样的,F-solve 通过单独调整后一个面的曲率确保焦距达到用户需要的数。(问:F-solve 的原理是什么?M-solve 找到的焦点位置,是什么样的焦点位置?) N%Uk/ c'
现在我们继续,设置MFE 如下的参数: $2w][ d1
Operand Target Weight !g7lJ\B
EFFL 400 1 {'a|$u+
SPHA (none) 0 uD4j.%
COMA (none) 0 qAW?\*n5N
ASTI (none) 0 5>\~jf
以上的目的是:通过设置Weight 为0,而可以观察球差,慧差,像散的情况。我们选 S!8gy,7<J
择MFE 的更新(如何更新?)功能,这样马上就会在Value 项目中显示各自现在的像差情况。注意这里的单位是多少个波长。 `e4gneQY
Operand Target Weight Value Fk#$@^c@
EFFL 400 1 400 e#odr{2#4u
SPHA (none) 0 1.713 EE5mVC&
COMA (none) 0 -4.8702 0s!';g Q
ASTI (none) 0 6.4049 mlix^P
如果不了解具体的数的意思,请不要着急,以后我们会解释,我们先看通过移动光阑,对像差的影响。 2(AuhZ>
我们在第一面前边加一个面,并设置这个面为光阑面(如何设置?)。然后我们修改它到透镜第一面的厚度,我们按照10 为步进增加,每次调整以后我们都观看MFE 中的球差,慧差和像散的变化(可用Excel 做记录,做到厚度是200 就可以了)。注意,要确保透镜的口径参数是可以浮动,而不是采用U 参数固定的(如何设置?)。 *X l,w2@
我们会发现在整个过程中,球差没有变化,是常量。而慧差是线性变化,并且有个位置慧差是0,就是慧差没有了。像散是个抛物线的变化样子,而最低点基本和慧差变为0 的位置相同。这个位置大约在光阑离开透镜160mm 左右的位置。 sR;u#".
我们可以采用zemax 找到这个点:去掉透镜半径的变量符号“V”,在光阑的厚度位置 } /*U~!t
添加变量符号“V”,然后在MFE 中,选择default merit function。选择缺省设置。然后选择优化(请实际操作)。最后我们发现,这个位置是161.35。 b_Dd$NC
这就是移动光阑对像差的控制。