消色差透镜设计及公差分析
参考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》书第十二、十三章
A32Sdr'D R|8L'H+1x 首先,消色差透镜的初始结构设计代码如下: -ak.wwx\
RLE !读取镜头文件 .6$=]hdAp
ID F10 APO !镜头标识 h7fytO
WAVL 0.65 0.55 0.45 !定义三个波长,按照长波到短波顺序排列 K;"oK
APS 3 !光阑面为表面3,程序会执行一个光瞳来重新计算YP1和XP1,而忽略输入的YP1和XP1值。 X$\CC18
UNITS INCH !透镜单位为英寸 AQ(n?1LU
OBB 0 0.5 2 -0.01194 0 0 2 !物体类型为OBB,0-入射边缘光线角度(针对无限远物),0.5-半视场角,2-半孔径,-0.01194-表面1上主光线高度,负号是指光线在图像下端;后面三个参数表示光线在X-Z平面的相应值
0 AIR !物面处于空气中
#z&R9$ 1 RAD -300.4494760791975 TH 0.58187611 !表面1的半径,厚度
~<<32t'S: 1 N1 1.60978880 N2 1.61494395 N3 1.62386887 !
玻璃类型为N-SK4的三个波长折射率被精确指定
$8U$.~v 1 GTB S 'N-SK4 ' !表面1玻璃类型为N-SK4
w (RRu~J 2 RAD -7.4819193194388 TH 0.31629961 AIR !表面2在空气中的半径,厚度
1aS:bFi` 2 AIR !表面2处于空气中
mMXDzAllB 3 RAD -6.8555018049530 TH 0.26355283 !表面3的半径,厚度
o96c`a u 3 N1 1.60953772 N2 1.61628830 N3 1.62823445 !玻璃类型为N-KZFS4的三个波长折射率被精确指出
>Tl/3{V 3 GTB S 'N-KZFS4' !表面3玻璃类型为N-KZFS4
xS%&l)dT 4 RAD 5.5272935517214 TH 0.04305983 AIR !表面4在空气中的半径,厚度
'D`lVUB 4 AIR !表面4处于空气中
zLe(#8G 5 RAD 5.6098999521052 TH 0.53300999 !表面5的半径,厚度
~D}fy 5 N1 1.66610392 N2 1.67304720 N3 1.68543133 !玻璃类型为N-BAF10的三个波长折射率被精确指出
d2i?FT> 5 GTB S 'N-BAF10' !表面5玻璃类型为N-BAF10
e8dZR3JL 6 RAD -27.9819596092866 TH 39.24611007 AIR !表面6在空气中的半径,厚度
$mKExW 6 AIR !表面6处于空气中
R\3v=PR[ 6 CV -0.03573731 !表面6的曲率
oqh@(<% 6 UMC -0.05000000 !UMC求解表面6的曲率,并给出相对于光轴的近轴轴向边缘光线角U的规定值。U的正切值为1/(2*FNUM)=0.05,负号表示边缘光线在图像下端。
6 TH 39.24611007 !表面6的厚度
NY<qoV 6 YMT 0.0000000 !YMT求解在表面7上指定的轴向边缘光线高度为0时所对应的厚度
zE1=P/N 7 RAD -11.2104527948015 TH 0.00000000 AIR !表面7(像面)的半径,厚度
+U
J~/XV END !以END结束
Ru#pJb(R mD% qDKI [Q8Wy/o
Q 运行上述代码后,点击图标
打开PAD二维图,得到消色差透镜的初始结构,如图1所示:
>gL&a#<S /~WBqcl 图1 消色差透镜的初始设计
--"5yGOL 点击PAD图中的图标
,打开玻璃表,已经选中玻璃库Schott,这是我们先前指定的玻璃库,点击OK,得到显示Nd和Vd的玻璃图,如下图: PR!0=E*}
s 7wA3|9 绿色圆圈旁边的数字表示目前三片式透镜表面1、表面3、表面5,即被定义了玻璃类型的表面。
@<$m`^H 而我们关心的是色散特性。所以需单击‘Graph’按钮,然后单击‘Plot P(F,e)vs.Ve’,再点击‘OK’。
G)NqIur*Z
q({-C 得到玻璃的色散图如下:
YU6|/
<8
> O?<? 现在,我们查看表面1的玻璃
材料的性能。具体操作:单击数字1的绿色圆圈,然后单击‘Properties’按钮。最后表面1的玻璃材料N-SK4的性能如下:
I>l^lv&[+
q]pHD})O 图中显示,N-SK4的酸度(Acid)等级为5,湿度等级(Humidity)为3;此玻璃暴露在空气中的性能不稳定。因此,需要更换一种玻璃材料。
.p=J_%K}0x 如何选取更换材料?首先我们单击'Graph'按钮,选择‘Acid Sensitivity ’,点击‘OK’,得到下图,图中玻璃位置处的红色垂线表示酸敏感度,垂线越长,玻璃越不耐用。
X=f %! :oW 16m1`
1>\V>g9 S2|pn\0V 从图中,我们发现N-BAK2根本没有线,可以选取其作为更换材料。
XaE*$: 'L7u` 于是,单击N-BAK2符号,名称出现在右侧窗口时,在‘Surface’中填写‘1’,然后点击'Apply',这样就为表面1分配了玻璃类型N-BAK2。
zBq&/?
n05GM.|*s NpM;vO 另外,N-BAK2的特性如下,其酸碱度等级为1,湿度等级为2,而且价格也比N-SK4低:
KwaxNb5
'J0I$-QYk *v(Q-FW 现在PAD图中的透镜
像差非常差,这是因为表面1更换玻璃N-BAK2后,还未进行
优化,如图2所示:
l44QB8
9 rrE f<A}
o[eZ"}~ pN9U1!|uam 图2更换玻璃N-BAK2后的消色差透镜
ADOA&r[ 接下来,运行下面代码对透镜进行优化,代码如下:
u' kG(<0Y PANT !参数输入
c+z [4"rYL VLIST RAD 1 2 3 4 5 7 !改变表面1、表面2、表面3、表面4、表面5以及表面7的半径
~@Bw(! VLIST TH 2 4 !改变表面2和表面4的厚度
J[uH@3v END !以END结束
%ueD3;V =(\BM')l AANT !像差输入
f>Ua 7!b AEC !自动控制玻璃元件和空气间隙的边缘羽化,防止边缘厚度太薄
kzK9. ACC !自动控制玻璃元件的中心厚度,防止中心厚度太厚
F/LMk8RgR GSO 0 1 4 M 0 0 !校正0视场弧矢面中产生的光线网格OPD像差;0-孔径权重占比,1-权重,4-光线数,M-多色,0-Y视场,0-X视场;
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