CODE V设计优化实例.doc

七、CODE V设计优化实例与ZEMAX使用同样的实例进行优化，并与其进行对比。1、设计的要求1 物距l=-；2 全视场2=40；3 入瞳直径=16mm；4 焦距f=160mm；5 镜片厚度为d2=5.39mm，d4=6mm；6 全视场内弥散圆直径小于0.02mm（20um）。3 优化设计过程与结果 1将原始数据输入到CODE V追迹 使用New Lens Wizard新建镜头向导。使用空白镜头输入入瞳直径16mm输入工作波长10.6m输入视场全视场20 ，0.7视场14 ，0视场0 。输入结构参数由于CODE V中没有GAAS这种玻璃所以在这里使用折射率与阿贝数来代替实际玻璃，由ZEMAX的Dispersion Diagram查得GAAS在10.6m处的折射率为3.28，但在glass map中没有GAAS的阿贝数，所以在这里使用替代法找出最接近的阿贝数，由ZEMAX该镜头的初始结构求解最后一面到像面的距离为134.442752，使用替代法使阿贝数从10增加到70发现在阿贝数等于60时CODE V求解最后一面到像面的距离为141.447最为接近，所以在这里使用3.28：60作为虚拟玻璃来代替GAAS。对光学系统进行分析得由两图可以看出两种镜头的像差曲线近似但不完全相同，所以不能使用两者进行比较。2改变系统焦距为160mm；使用Edit-Scale改变焦距：输入目标焦距160。结果 可以看出焦距为160mm但它并没有像ZEMAX一样改变了入瞳仍是16mm，由于缩放两镜片厚度也发生了变化所以将厚度改为5.39mm，6mm。但这时焦距又发生了变化，所以要通过改变镜片的曲率半径来改变焦距，这就要使用到CODE V的优化3优化 CODE V的优化，与ZEMAX近似CODE V使用误差函数（CODE V error function）对镜头进行数值化评价，优化过程如下由以上设置完成了A：初始设计设置，B：由于只要改变焦距设置一个面的曲率半径为变量即可，C：为了控制焦距所以添加Constrain the effective focal length (EFL)为160mm，D优化。结果如下观察像差曲线可知系统存在较大的彗差所以下一步要对彗差进行优化4彗差的优化在Specific Constraints加入彗差优化项目（保持EFL优化选项不变），使用最小值权重选100，目标值为0。优化结果如下由于焦平面的位置选取对成像效果有很大影响，使用离焦观察点列图使像差及弥散斑最小得到如下RMS直径分别为0.13842E-01 MM、0.12310E-01 MM、0.17120E-01 MM由此可知三个视场的RMS半径都小于0.01mm，并可看出几何弥散斑半径基本在0.02mm内只是三视场的弥散斑较大，由两图可看出弥散斑过大的主要原因是二、三视场的像散。所以下一步要添加像散优化函数。5像散的优化像散是子午光线和弧矢光束焦点的差。从Analysis-Third Order Aberration中可以观察到。如下从TAS（-0.002336）与SAS（-0.031296）之间相差较大，而通过观察场曲图，如下T比S更接近于理想状态，所以在Automatic Design-Specific Constraints中加入Third Order Sagittal Astigmatic Blur(后面简称SAS)设目标值为-0.003权重为1，优化得由图可以看出优化SAS影响到了TAS,观察三级像差发现TAS为0.024763SAS-0.022402，所以添加Third Order Tangential Astigmatic Blur(后面简称TAS)优化，选择目标值为-0.02，权重为1，优化得由图可知SAS的效果仍不理想，改变目标值为-0.02，优化，通过不断的改变TAS与SAS的目标值与权值，使ST曲线接近使三视场的横向与纵向的弥散斑最小，得到如下结果点列图由左边的点列图可以看出一、二视场的弥散斑半径均小于0.02mm，三视场的弥散斑半径也小于0.02mm但由于像散使弥散斑略超出要求的半径，并且由于畸变使光线中心发生偏移。RMS直径分别为0.13269E-01MM0.86821E-02 MM0.85855E-02 MM由此看出光线是很集中的都在0.014mm内。6畸变的优化 添加畸变优化操作数进行优化，但效果使弥散斑变大，所以保持上一步为最终优化结果。7与ZEMAX的优化结果比较从图中可知CODE V优化出的结果与ZEMAX近似但RMS半径要小得多近ZEMAX的一半尤其是全视场的光线更加集中。a由MTF图可以看出两种结果在9lp/mm时衰减为0，这与OSLO给出的结果一样但我认为这样是不对的，弥散斑在0.02mm内则MTF图应在25pl/mm时mtf0.5。但在这里9lp/mm时就已经为0了。再看PSF点扩散函数图，如下可见点光源的衍射半径非常大，这使光能变得非常不集中，从包围圆能量图也可以看出在0.01mm半径范围内的能量非常小。根据上面的分析我想这个系统是受到了衍射限制不能很好的成像，