分享一个天塞镜头光学设计及公差分析实例

不想摆烂

      作为一个自学Zemax一个多月的新人，我来分享一下最近学习的一个天塞镜头光学设计及公差分析实例，以下是我设计的步骤和思路，如有做得不对的地方，还请各位大佬指正。

      设计指标：可见光波段，F#=4，探测器对角线44mm，焦距60mm，MTF≥0.3@50lp/mm的摄影镜头。
     这样的指标就可以采用天塞式结构。打开Zemax软件自带的天塞镜头设计案例，Zemax\Samples\Sequential\Objectives\Tessar lens using vignettingfactors.ZDA,系统焦距为100mm，F#=5.5，视场角50°，同时系统具有一定渐晕，其初始结构如下：

    将系统焦距缩放到60mm，F#改为4，通过计算半视场角W=arctan（22/60）=20°，分别在0、0.5、0.707、1视场设置四个视场角，并将权重设为0.8,、1、1.5、2，如图：

    同时将玻璃国产化，具体步骤为先将玻璃类型设置为模型，将玻璃库设置为成都光明，再将玻璃模型设置为固定，如此便实现了玻璃的国产替代。将其作为新设计的初始结构另存为新文件，其初始结构如下：

可以看到第一和第四块透镜边缘厚度重叠了，将第1和7个面的厚度求解类型设置边缘厚度为1，得到如下图：

可以看到系统存在球差、慧差、场曲等多种像差，接下来开始真正的优化，将所有厚度和曲率设置为变量，第八个面厚度设置求解类型为边缘光线高度为0，第八面曲率半径设置求解类型为F数=4，设置默认评价函数为点列图+RMS+质心，操作数有效焦距EFFL=60，点击优化，结果如下：

由于第二面和第六面光焦度较弱，不用承担较大的偏角，故将其曲率半径设置为无限，同时将四个材料设置为替代，开启锤形优化，其结果如下：

可以看到点列图rms在三个艾里斑半径以内，成像质量良好，MTF在0.707视场的弧矢方向未达标，接下来重点提升MTF像质，把默认评价函数改为对比度，空间频率设置为50，开启锤形优化，优化一段时间后其结果如下：

可以看到第一和第四块透镜比较厚，为了节省生产成本，将第一和第七面玻璃厚度控制最大为6mm，同时将第六面曲率设置为变量进行优化，最终优化结果如下：

可以看出所有指标都达到，接下来进行工差分析，先将所有变量取消，公差分析向导按最宽松公差来看看MTF下降程度，标准使用衍射MTF平均，MTF频率设为50，蒙特卡罗运行设置为100次

点击确定进行公差分析，其结果如下：

公差分析可知运行100次MTF有90%的良率大于0.11，从最坏偏离分析可知元件倾斜0.1°公差值给的太大，需要紧缩到0.05°，再运行一次公差分析，其结果如下：

有90%的良率MTF＞0.14，根据最坏偏离，再次将第1/4/8面的默认表面偏心紧缩到0.02，再次进行公差分析，其结果如下：

依据最坏偏离，将第1/2/4个元件的偏心紧缩到0.02，再进行公差分析，其结果如下：

有90%的良率MTF数值>0.2, 至此，本次设计全部完成。

达利园效应

1.蒙特卡洛才运行100个样本，数量太少了，一般1000个
2.S＋A不规则度没勾，X方向都没勾
3.最后一个镜片的两个半径太接近了，实物很难区分正反面，应该用拾取改成完全一样
4.评价标准一般MTF子午和MTF弧矢分两次评价，而且要查看不同视场的值。