三片式和双高斯物镜的搭建和优化

在看这篇文章前，希望已经看过本工作室前两篇文章，有了一定的像差基础和一定的软件操作基础。

本文以实例的形式从0开始讲述两个镜头的搭建和优化

为什么要把这两个镜头放在一起来说呢，因为这两种镜头实际上都是堆成结构。双高斯是对称结构很好理解，为什么三片式也是对称结构呢，这是因为，三片式，实际上是以负透镜中心为对称轴的。

下面开始实例讲述。给出设计规格：

1)焦距30mm

2)视场角2×20°

3)F,d,C可见光

4)光圈F/4

5)MTF@40lp/mm＞0.4

6)最大畸变＜2%

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输入像方F数4，半视场20°，可见光波长

值得注意的是

1)玻璃库改为CDGM

2)开启光线瞄准

3)口径预留0.3mm以上余量

然后在透镜数据编辑器中，正透镜输入H-K9L,负透镜输入H-ZF10，给出初始的厚度和第一面的曲率半径。

然后可以直接开始优化了，设置评价函数PTV+光斑半径+主光线

设置所有的曲率半径和厚度为变量，设置EFFL控制焦距为30，设置DIMX控制最大畸变＜2%

第一次优化后发现，第二片并不是一个双凹负透镜，第三片也变成了弯月透镜，这个时候就需要人力去干预，引导计算机去完成优化，手动把第二块透镜设置为双凹透镜，第二三透镜之间的空气厚度也减小一点，再次优化。

优化后，如下图所示。

现在已经有了基本的形状了，这个时候放开负透镜的两个曲率半径，然后锤形优化替换玻璃材料，锤形优化之后如下图。

整个过程无需去关注点列图，rafan图等，现在可以关注一下MTF

现在需要去对MTF进行提升。

1）方法一：波前优化

2）方法二：MTF操作数优化

这里用第二种方法,优化后的MTF如下

这个MTF还可以提升，因为本文里面的材料只是稍微锤了一下。可以看到畸变也在2%以内

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下面讲述双高斯物镜的搭建和优化

1）焦距30mm

2）视场2×15°

3）F,d,C可见光

4）光圈F/2

5）MTF@40lp/mm＞0.4

6）最大畸变＜2%

方法是一样的，如下图

评价函数也是大同小异，没有很大区别，除了第四第八个面的曲率半径以外，设置其他所有曲率半径和厚度为变量，自动优化

同样的问题，局部极小值，这个时候需要人工去干预调整。比如

1）负透镜的厚度减小一点

2）两个正透镜与胶合镜的距离近一点

3）将第三个面的曲率半径改为正数然后固定，自动优化

然后替换玻璃材料，更换玻璃。很多人会觉得，从一开始平板的时候，就可以用锤形优化来锤出结构，实际上是不行的，计算机怎么知道你想要的是双高斯呢。而且片数少的话还好，要是片数很多呢，锤一个星期吗。

这锤的也快，锤完之后，把所有的曲率半径设置为变量，把光阑空气厚度也设置为变量，继续优化，得到如下图

对MTF函数的优化也与三片式同样，不赘述了。

来源：瑞雪纷飞光学