ZEMAX定焦成像镜头设计方法比对(2)

纵观光学镜头设计优化,光学设计技术总是无法忽略光学镜头的面型质量和光学镜头的大小,基于书本知识,镜头的高面质总是对应着巨型体积。所以我们


纵观光学镜头设计优化,光学设计技术总是无法忽略光学镜头的面型质量和光学镜头的大小,基于书本知识,镜头的高面质总是对应着巨型体积。所以我们总是将光学高端镜头与庞大的外形一一对应,而且高级光学镜头的重量也异常巨大。在不久的将来光学镜头将会有和交通工具很相近的一个提升趋势,简而言之为同时满足优良的评价指标和小型化的体积进而减小重量进而降低生产成本[2]。

从古至今,人们一直有光学镜头发展速度与其他主流行业发展速度相比不快的共识。我们肯定,在自然科学上尚未涌现让人们眼前一亮的成就的阶段,人们不可能用颠覆传统光学镜头结构和经典理论来实现光学镜头面质上的质变。可伴随着自动化精致生产的技术累积,现有时期大量“微创新”对光学镜头的进步起到了多方位的积极促进。就拿广为嵌入在EF光学镜头上的丰富镀膜,非同寻常的光学镜片和兴起的STM驱动来讲,人们完全有自信更多地肯定和支持现阶段的积少成多的光学镜头优化设计体制[3]。

   现阶段光学镜头正越来越被生产加工认可和接受,光学镜头正广泛应用于人们常见的数码照像机、手机镜头、车载镜头,工业生产的自动化视觉测试以及特殊生产实践,比如粒子检测、检测高精度非黑白打印、半导体光罩检测、过滤器控制、血循环系统整合处理及计算生物体细胞数、以及用于生物学光粒子的微观光学断片成像显示技术等。光学还引领着现阶段主流的VR和AR领域,在不久的将来全息技术毫无疑问将依托于独具匠心的光学发展进步[4]。可以想象,光学镜头的研发和推广将前所未有地与技术的发展和优化齐头并进[5]。

   非球面镜头在整个表面上有可能有多个曲率,因为非球面镜头的局部曲率在整个表面上发生着变化。非球面表面通常由分析公式定义,但也有在特定情况下它以表面上的坐标点的下垂表的形式给出。在非球面镜头不具有旋转对称的表面时,它一般表现为变了形的非球面,它在两个正交方向上具有额外的高阶项[6]。

   本课题开展了较为详细的非球面光学系统设计分析比对,进而加深了对像差理论的认识和理解,进而熟练掌握光学设计流程,掌握从多个角度评判设计结果的优越性的方法。

1.2  光学设计技术的进步

   伴随着离子束光学的日趋进步,情况再次出现了显著的改变。这个光学系统由超平面镜,孔径光阑,初级凹面镜,和二次凸球面镜组成。该方案有如下的显著特征。第一,由于目标镜子是球形的,大大精简优化了生产加工并减少了设备运行和维护的成本投入。第二,对主要像差的矫正和对视场的开扩主要由超平面产生。由于超平面相对光轴有8.5°的倾斜角[7],所以为了弥补散光影响,非球面轮廓必须包含轴对称分量和非对称分量。

1.3  本课题的主要研究内容

   论文主要从光学设计流程出发,对非球面光学系统进行设计比较展开研究,再应用光学设计软件ZEMAX以F数为4的指标分别设计一片球面定焦成像镜和一片非球面定焦成像镜,最后结合此次的设计工作,合理评价2016年ZEMAX杯光学镜头设计与应用大赛的试题。

这篇文章由六个部分结合成:

第一章,绪论。大致介绍中外光学设计研究大致情况,实现水平和未来进步趋势;概述非球面镜头设计的新发展。

第二章,光学设计技术新发展。结合光学设计的主要参数,对一种大孔径反射式望远镜光学系统设计进行分析研究,给出下面的设计参考。

第三章,球面定焦成像镜的设计。在对像差理论深入了解认识的基础上从多个角度评判设计结果是否优越。