CODEV设计优化实例

与ZEMAX使用同样的实例进行优化，并与其进行对比。 1、设计的要求 1〉 物距l=-∞；

2〉 全视场2ω=40º； 3〉 入瞳直径ф=16mm； 4〉 焦距f`=160mm；

5〉 镜片厚度为d2=5.39mm，d4=6mm；

6〉 全视场内弥散圆直径小于0.02mm（20um）。 3 优化设计过程与结果

1〉将原始数据输入到CODE V追迹

使用New Lens Wizard新建镜头向导。

使用空白镜头

输入入瞳直径16mm

输入工作波长10.6µm

输入视场全视场20 º，0.7视场14 º，0视场0 º。

输入结构参数

由于CODE V中没有GAAS这种玻璃所以在这里使用折射率与阿贝数来代替实际玻璃，由ZEMAX的Dispersion Diagram查得GAAS在10.6µm处的折射率为3.28，但在glass map中没有GAAS的阿贝数，所以在这里使用替代法找出最接近的阿贝数，由ZEMAX该镜头的初始结构求解最后一面到像面的距离为134.442752，使用替代法使阿贝数从10增加到70发现在阿贝数等于60时CODE V求解最后一面到像面的距离为141.447最为接近，所以在这里使用3.28：60作为虚拟玻璃来代替GAAS。

对光学系统进行分析得

0New lens from CVMACRO:cvnewlens.seq 由两图可以看出两种镜头的像差曲线近似但不完全相同，所以不能使用两者进行比较。

2〉改变系统焦距为160mm；

使用Edit->Scale改变焦距：输入目标焦距160。

结果

可以看出焦距为160mm但它并没有像ZEMAX一样改变了入瞳仍是16mm，由于缩放两镜片厚度也发生了变化所以将厚度改为5.39mm，6mm。但这时焦距又发生了变化，所以要通过改变镜片的曲率半径来改变焦距，这就要使用到CODE V的优化

3〉优化

CODE V的优化，与ZEMAX近似CODE V使用误差函数（CODE V error function）对镜头进行数值化评价，优化过程如下

由以上设置完成了A：初始设计设置，B：由于只要改变焦距设置一个面的曲率半径为变量即可，C：为了控制焦距所以添加Constrain the effective focal length (EFL)为160mm，D优化。结果如下

观察像差曲线

TANGENTIALSAGITTAL New lens from CVMACRO:cvnewlens.seq RAY ABERRATIONS (MILLIMETERS) 17-Apr-06 可知系统存在较大的彗差所以下一步要对彗差进行优化 4〉彗差的优化 在Specific Constraints加入彗差优化项目（保持EFL优化选项不变），使用最小值权重选100，目标值为0。优化结果如下 TANGENTIALSAGITTAL New lens from CVMACRO:cvnewlens.seq RAY ABERRATIONS (MILLIMETERS) 18-Apr-06 由于焦平面的位置选取对成像效果有很大影响，使用离焦观察点列图使像差及弥散斑最小得到如下

TANGENTIALSAGITTAL 0New lens from CVMACRO:cvnewlens.seq RAY ABERRATIONS (MILLIMETERS) 18-Apr-06 RMS直径分别为0.13842E-01 MM、0.12310E-01 MM、0.17120E-01 MM 由此可知三个视场的RMS半径都小于0.01mm，并可看出几何弥散斑半径基本在0.02mm内只是三视场的弥散斑较大，由两图可看出弥散斑过大的主要原因是二、三视场的像散。所以下一步要添加像散优化函数。 5〉像散的优化

像散是子午光线和弧矢光束焦点的差。从Analysis-〉Third Order Aberration中可以观察到。如下

从TAS（-0.002336）与SAS（-0.031296）之间相差较大，而通过观察场曲图，如下

ASTIGMATICFIELD CURVESDISTORTION T比S更接近于理想状态，所以在Automatic Design-〉Specific Constraints中加入Third Order Sagittal Astigmatic Blur(后面简称SAS)设目标值为-0.003权重为1，优化得

20-Apr-06New lens from CVMACRO:cvnewlens.seq ASTIGMATICFIELD CURVESANGLE(deg)DISTORTIONANGLE(deg)FOCUS (MILLIMETERS)%DISTORTIONNew lens from CVMACRO:cvnewlens.seq 20-Apr-06 由图可以看出优化SAS影响到了TAS,观察三级像差发现TAS为0.024763SAS-0.022402，所以添加Third Order Tangential Astigmatic Blur(后面简称TAS)优化，选择目标值为-0.02，权重为1，优化得

ASTIGMATICFIELD CURVESANGLE(deg)DISTORTIONANGLE(deg)FOCUS (MILLIMETERS)%DISTORTIONNew lens from CVMACRO:cvnewlens.seq 20-Apr-06 由图可知SAS的效果仍不理想，改变目标值为-0.02，优化，通过不断的改变TAS与SAS的目标值与权值，使ST曲线接近使三视场的横向与纵向的弥散斑最小，得到如下结果 ASTIGMATICFIELD CURVESANGLE(deg)DISTORTIONANGLE(deg)FOCUS (MILLIMETERS)%DISTORTIONNew lens from CVMACRO:cvnewlens.seq 20-Apr-06 点列图 由左边的点列图可以看出一、二视场的弥散斑半径均小于0.02mm，三视场的弥散斑半径也小于0.02mm但由于像散使弥散斑略超出要求的半径，并且由于畸变使光线中心发生偏移。 RMS直径分别为 0.13269E-01MM 0.86821E-02 MM 0.85855E-02 MM 由此看出光线是很集中的都在0.014mm内。

6〉畸变的优化

添加畸变优化操作数进行优化，但效果使弥散斑变大，所以保持上一步为最终优化结果。

7〉与ZEMAX的优化结果比较

从图中可知CODE V优化出的结果与ZEMAX近似但RMS半径要小得多近ZEMAX的一半尤其是全视场的光线更加集中。

New lens from CVMACRO:cvnewlens.seq 0 a由MTF图可以看出两种结果在9lp/mm时衰减为0，这与OSLO给出的结果一样但我认为这样是不对的，弥散斑在0.02mm内则MTF图应在25pl/mm时mtf>0.5。但在这里9lp/mm时就已经为0了。再看PSF点扩散函数图，如下 New lens from CVMACRO:cvnewlens.seq 可见点光源的衍射半径非常大，这使光能变得非常不集中，从包围圆能量图也可以看出在0.01mm半径范围内的能量非常小。

根据上面的分析我想这个系统是受到了衍射限制不能很好的成像，通过对初始结构的追迹及分析发现在初始状态时衍射限制就存在，这说明该镜头所选的初始结构不好。

由于在CODE V中所使用的玻璃是虚拟玻璃与GAAS有一定的差距，所以与ZEMAX结果的数值比较是没有意义的在这里只进行里定性分析。