朵朵灵玉
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激光扫描物镜设计

设计任务：

对一个已有的激光扫描物镜方案进行改动，将原先的焦距f=116mm，放大为f=160mm，并对镜片的厚度提出限制，以达到预设像质的要求。

已有激光扫描镜头：物距无穷远，全视场40，入瞳直径16mm，工作波长10.6微米（CO2激光）

新设计要求

1、焦距变为160mm

2、第一片镜厚度5.4mm，第二片镜厚度6mm

3、全视场弥散斑半径小于0.02mm

4、理想像高的标准畸变小于0.01%

初始结构设定：全视场为20，因此选用的视场为0，14，20

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视场选择

初始结构


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镜头缩放tools-Miscellaneous-scale lens-by factor（160除116=1.37931）

缩放后系统参数如下，随着焦距的缩放，镜头的入瞳直径也随之缩放，需要把它改回16mm


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镜头厚度修改后，孔径设置为16mm后，镜头参数(这个结构最重要的一点为在设计时候加入光阑)

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优化

（1）如图所示存在严重的慧差

用COMA作为要矫正的相差进行优化，取三个半径作为变量，最

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后一个半径用于限制焦距



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其中Surf是要优化那个免得初级慧差，如果填0，则优化整个系统的慧差，Wave现在的为单色光，波长序号为1.进行优化，优化后结果


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（2）第二步优化，上图所示出现很严重的像散因此进行优化

ASTI中填写两个数据，一个是surf ，填0优化的是整个系统的初级像散系数，单色光，波长为1。


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像散好转


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（3）第四步优化

虽然物镜的慧差和像散都改善，但是弥散斑还未达到要求，畸变也未考虑。取前三个半径作为变量，将光阑距和两块玻璃的空气间隔增加为变量，用畸变操作数DISC，权重选5

优化前


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其中DISC下的Absolute是一个校准畸变输出形式的标志，填0则以百分数形式输出，填1则是以绝对形式输出，

优化后


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做一次自动离焦

tools-miscellaneous-quick forcus-spot size radial -ok


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自动离焦后


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最后一步，可将像距设定为优化变量进一步优化


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优化完成


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二、利用zemax程序默认评价函数优化激光扫描物镜

1、优化用默认评价函数优化弥散圆半径优化，优化后结果


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像散，弥散斑，场曲都过大

（2）第二步优化

增加变量：增加光阑距和空气间隔作为变量，在想面前增加一个虚设面，半径为无穷大，到最后一个折射面距离定为相距，到像面的距离为0，并设定为变量（选择离焦量作为一个变量）

增加评价参数：用DISC，目标为0，权重为1.

                       为控制光阑不能太长，用MXCT，目标值为26，权重为1.


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