如何控制中间像面的位置

二次成像系统的设计

在红外光学系统中,探测器常常需要制冷,因此我们要求制冷型红外镜头的冷光阑效率是100%,为了调整系统出瞳位置,常常采用具有中间像面的结构,例如下面给出的这个案例。

上图是我优化好的结果,但是有一个小问题,就是第四片透镜距离中间像面太近了,这对于公差分配和装调来说是不利的,同时我们又希望维持这种具有中间像面的结构,那么该如何在ZEMAX中设置呢?

下面给大家介绍两种方法。


利用求解:

对于红外制冷型二次成像系统,出瞳与冷光阑完全重合,那么入瞳有什么要求呢?实际上,入瞳距越小,系统的口径就越小,往往系统口径最小的情形就是入瞳位于第一片透镜上的情形,这个特点在各类大型反射式和折反式红外系统中非常常用。

我们也可以先把系统孔径光阑设置在第一片透镜上,然后在中间像面位置设置求解,这样就把一次像面位置找到了,可以进一步优化前后的距离,如下图所示,此时我们可以用EXPP操作数控制出瞳位置。

利用ZPL宏批量修改求解状态:

上面的这种方法虽然看起来很方便,但是往往有比较大的局限性,例如我们可能遇到下面这两种提示。

 

 

如果说我们不希望把入瞳固定在第一片透镜上,就只希望把光阑设置在冷光阑位置;或者我们需要对光学系统做高低温分析,则无法设置求解状态。

这里我给大家推荐另一种方法,我们可以利用REAY操作数找一下中间像面位置,设置如下,此时第9面即为虚拟面,也就是我们要找的中间像面位置。关于HX,HY,PX,PY的含义,如果大家不清楚,我之后也可以给大家讲一讲,这里的设置为0,0,0,1;目标设置为0,权重设置为1。

这个方法可以把光阑放置在任意位置,也可以在多重组态中使用。

 


 

综上所述,我们在本次分享中探讨了在 ZEMAX 中控制红外二次成像系统中间像面位置的两种方法。第一种方法通过巧妙运用求解功能,并合理设置孔径光阑与相关操作数,能便捷地找到一次像面位置并优化系统距离;第二种方法则借助 ZPL 宏以及 REAY 操作数,突破了入瞳位置固定的局限,为在多重组态以及高低温分析等复杂场景下的光学系统设计提供了灵活的解决方案。这两种方法各有优势,相信能为大家在红外二次成像系统设计中遇到中间像面位置控制难题时,提供有效的应对策略,助力红外光学系统设计迈向新的台阶,实现更优的系统性能与工程可实现性。

作者:潘

光学不干,不会白发

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