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光行天下 -> 專家欄：高國(guó)欣 -> 貼14--ZEMAX中理想單鏡PWC法求解 [點(diǎn)此返回論壇查看本帖完整版本]

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2012-12-21 07:42

貼14--ZEMAX中理想單鏡PWC法求解

各位光學(xué)同行：大家好！
    這次出貼是介紹網(wǎng)友最關(guān)心的光學(xué)鏡頭架構(gòu)單鏡實(shí)體化問(wèn)題。
    一般的做法是先用像差平衡方程組解出各單鏡的PWC來(lái)，然后對(duì)其規(guī)劃求形狀參數(shù)，解出單鏡半徑來(lái)。如本帖就是這樣做的。這樣做的遺憾處是仍有部分單鏡求形狀因子時(shí)，被開(kāi)方數(shù)為負(fù)，或超半球。在調(diào)整有合理半徑后，原調(diào)好的像差平衡態(tài)會(huì)變差，最后精校后的傳函盡管較高，其彎曲大，工藝性不理想。
    在下一帖中采用像差與半徑同時(shí)進(jìn)行平衡校正，這樣做的好處是各鏡PWC對(duì)應(yīng)都有合理半徑解，最后統(tǒng)調(diào)像差半徑，完成設(shè)計(jì)的鏡頭，不僅傳函高，且彎曲小，工藝性好。
    ZEMAX上單鏡實(shí)體化方法所解出的結(jié)構(gòu)初態(tài)，其焦距材料間隔分配是最合理的，因此盡管初態(tài)像差仍較大，但彼此矛盾小，經(jīng)校正后總能有滿意的結(jié)果。以前在計(jì)算機(jī)上用PWC法設(shè)計(jì)的人之所以少，是因?yàn)檫^(guò)程復(fù)雜，運(yùn)行效率低。經(jīng)過(guò)PWC移植到ZEMAX后，使PWC設(shè)計(jì)工作標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)范化，且運(yùn)行速度很快，這樣就解決了上述問(wèn)題。
    PWC法對(duì)初始結(jié)構(gòu)的合理性仍有依賴，因此對(duì)架構(gòu)初態(tài)合理性的約束，需要我們對(duì)各類光學(xué)系統(tǒng)性能有充分了解，因此扎實(shí)的光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)優(yōu)顯重要，這是光學(xué)設(shè)計(jì)四通八達(dá)的“全球定位系統(tǒng)”。
    我曾給出過(guò)“光學(xué)設(shè)計(jì)指引貼8《鏡頭樣例圖集》”的帖子，那里的樣例，其形狀都是合理的。以前在“2012南京光研光學(xué)設(shè)計(jì)高級(jí)培訓(xùn)班”的“第二章高性能變焦鏡頭仿形設(shè)計(jì)”課中，詳細(xì)給出了對(duì)帶有光線的圖形進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)的方法，用它設(shè)計(jì)出了1.5倍超高質(zhì)量的變焦系統(tǒng)（1英寸DLP上的 60lp/mm的MTF全部大于0.7，且合理焦深的MTF=0.4,即其調(diào)校工藝性也很好，其它各項(xiàng)指標(biāo)復(fù)合“光學(xué)設(shè)計(jì)指引貼4（對(duì)成像鏡頭設(shè)計(jì)質(zhì)量的評(píng)估）貼中給出的標(biāo)準(zhǔn)”）。本帖是解決沒(méi)有光線的合理光學(xué)圖形仿形設(shè)計(jì)的方法，它更具有實(shí)用性：
1 可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪系統(tǒng)（不必知到材料）進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2 可對(duì)網(wǎng)上無(wú)光線系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。
3 當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)已進(jìn)行批量生產(chǎn)后，可先求出系統(tǒng)原透鏡PWC值，再用單鏡實(shí)體化操作集優(yōu)化，得到更好的與原系統(tǒng)尺寸，形狀相近的新系統(tǒng)，這樣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)做微量調(diào)整即可。
4 當(dāng)系統(tǒng)由于成本問(wèn)題需減少透鏡數(shù)時(shí)，可先將其看作等效單鏡系統(tǒng)，用單鏡實(shí)體化操作集優(yōu)化，以減少透鏡個(gè)數(shù)。
5 單鏡實(shí)體化操作集與雙膠鏡實(shí)體化操作集結(jié)合使用，可適應(yīng)任何經(jīng)典透鏡的光學(xué)設(shè)計(jì)（包括變焦系統(tǒng)）。
6 在沒(méi)有樣例的情況下，只要有合理架構(gòu)，直接應(yīng)用ZEMAX上的PWC法，也可以設(shè)計(jì)出需要的鏡頭，這是更深層次的應(yīng)用。
                高國(guó)欣   2012年12月21日