OPTICS应用案例系列
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8+86 (0755) 2967 5435 • 爱特蒙特光学 (深圳) 有限公司光学应用范例图6d:非球面消色差透镜中续系统:50mm EFL x 50mm入射瞳孔直径(左边是彩色,右边是单色)S =R2 - R1R2 + R1S = -pn + 1(2n2 - n - 1)(2.1)(2.5)S = -pn + 22 (n2 - 1)(2.2)S =R2 - R1R2 + R1(2.3)p =z' - zz' + z(2.4)透镜系统类型球差色差DCX单片透镜高高两个PCX透镜中等高两个消色差透镜低可忽略2 Aspherized可忽略高两个非球面消色差透镜可忽略可忽略图6e:非球面透镜中续系统:50mm EFL x 40mm入射瞳孔直径(左边是彩色,右边是单色)应用范例:单元件透镜系统双凸(DCX)透镜因其两侧形状对称而被视为1:1成像应用的最佳单元件选择。此外,透镜两面具备相等功耗,而不像是平凸(PCX)透镜般一面所折射的光源比另一面多。由于透镜系统仅由一个镜头所构成,因此孔径光阑基本上就是可减少许多像差的透镜。基于上述原因,相比较于单个PCX透镜,DCX透镜更适合用于1:1成像应用中。但是,您必须切记的是,若透镜具有低f/#,成像还是会产生明显的球面像差和彗差。这些像差是由单透镜的形状因素所产生的: 当 R1和 R2是各透镜表面的半径。对于仅需单个透镜以及其物体或光源位于无穷远的应用,此应用将具备更优秀的形状因素,以减少任何对系统最不利的像差。举例来说,为了减少球面像差,我们可以通过以下方程式计算出最理想的形状因素:当n为玻璃基片的折射率、p为方位因素、z为物距(测量得出负数值)以及z'为图像距离(测量得出正数值)。为了减少位于无穷远的物体的彗差,可以通过以下方程式计算得出形状因素: 对于具备折射率为1.5(N-BK7为1.517)以及其物体位于无穷远的玻璃基片,形状因素大约为0.8便可以修正彗差和球差的问题。应用范例:双元件透镜系统 为了改进系统,可以用两个相同的PCX透镜替换一个单的DCX透镜,每个透镜的焦距是DCX的两倍,中心有一个孔径光阑。这样做可以分离透镜每个表面的光焦度,因为焦距与焦度成反比。由于每个透镜的焦度较小,因此系统中产生的球差较小。通过使用两个透镜,每个表面的光焦度增加,总焦距相同,但球面像差更小。 由于直径也保持不变,因此f /#在使用单个DCX或两个PCX透镜之间没有变化,但即使f /#很大,球面像差也会降低。两个凸面几乎相接触,而孔径光阑则位于两个凸面之间。因此,高质量图像能够通过将凸面朝向最长共轭距离放置来实现。应用范例:消色差透镜系统另一个选择是使用消色差透镜。消色差透镜是一种由正低折射率(冕牌)和负高折射率(火石)这两种光学组件胶合而成的透镜。使用消色差透镜可以改善成像的色差(多个波长范围的白光源),以及减少球面像差和彗差。若两个消色差透镜的凸面相互朝向对方,则可大幅度地减少许多像差,与使用单个透镜(不论是DCX透镜或是两个PCX透镜)的系统相比更能实现极为卓越的成像系统。同时,由于球差在大孔径或高f/#时被忽略,因此使用消色差透镜将能够显著减少色差。市面上有许多中继透镜系统均采用此四元件配置。更多有关使用消色差透镜比单片透镜所获得的好处的信息,请参阅为什么使用消色差透镜?。应用范例:非球面透镜系统有别于采用球面设计的PCX、DCX和消色差透镜,非球面透镜具有曲率,但是其曲率有别于球面镜或柱面镜,通常采用双曲线或抛物线设计。非球面透镜的主要概念是透镜的曲率半径会随透镜光轴变化,呈放射状。因此,非球面透镜可以轻易地修正球面像差,同时也是修正轴外像差的最佳选择。由于单个非球面透镜可以取代两个或更多的球面透镜,因此非球面透镜常使用于许多系统,从而减少了系统内的空间和成本。更多有关非球面透镜的制造、设计和用途的信息,请参阅所有关于非球面透镜的介绍。应用3:构建投影系统定制设计步骤设计定制的投影系统往往是成本昂贵且费时的。虽然如此,您还是可以通过几个简单的步骤来简化整个设计流程,并使其更具成本效益。下面列出的数个基本步骤可以应用于许多系统设计应用中。1. 将系统拆分成数个部分 - 光学应用种类繁多,从简单的放大镜到激光光束调节器,应有尽有。此外,大部分的应用都可以拆分成可独立开发的较小模块。2. 对系统的每个部分分别进行设计 - 对每个模块分别进行设计可以使系统的每个部分获得最佳性能,从而提高系统的整体性能。因此,当您在对不同的模块进行设计时,您必须对整个系统非常了解,这样个别的模块优化才不会对系统中的另一个模块的设计产生负面的影响。3. 计算机优化 - 完成初始尺寸计算后,将该设计放入如ZEMAX或Code V等透镜设计软件是单独优化模块或是整体设计的最佳方法。对每个

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