光学设计指引贴(20160420).doc

光学设计指引贴

目录
一、预备知识 4
一、概述 5
二、舞台变焦投影系统 5
三 长操作集编辑问题 9
四 补充说明 10
二、 预备知识 10
一、概述 11
二、长操作集编辑实例 12
三、照明设计指引贴 14
四、《对成像镜头设计质量的评估》 14
一 象质要求 15
二 光能要求 16
三 畸变要求 17
四 色差要求 17
五 工艺性要求 17
玻璃材料要求 21
五、《架构分析方法》 21
一 架构原理 22
二 架构图分析 22
三 架构调整 23
四 架构调整2 25
五 合理架构及其分析 26
六 PBS棱镜处聚光镜设计 26
七 LED聚光镜设计 27
八 组合设计 28
九 小结 32
六、《ZEMAX中的宏解析》 32
一 综述 32
二 ZEMAX文件夹中的宏编程样例解析 33
二 ZEMAX文件夹中的宏编程样例解析 39
七、《ZEMAX中棱镜建模与优化》 41
一 样例 41
二 在AUTOCAD中作图 42
1 在AUTOCAD图示楔镜断点设置 42
2调整楔镜断点平移量 43
3调整等腰直角棱镜断点平移量 44
4 聚焦校正 44
三 小结 45
一 标准45°反射镜光路设置 45
二 反射光线出射角的调整 46
三 设计DM合色镜方法 46
1 前工作面倾角调整 46
2 添加楔镜远离复眼的反射面 47
3 透过光路的确定 48
一 标准化样例 48
二 空间棱镜优化原理 49
八、《镜头样例图集》 50
九、非序列照明系统优化 54
一 关于非序列操作数分类 54
1 非序列物体数据的约束 54
2 非序列光线追迹和探测操作数 55
二 非序列系统的优化 55
<非序列系统设计教程> 57
一 概述 57
二 教程要点 57
1 进入纯非序列，进行单位设置。 57
4 创建接收器 59
4创建标准透镜 61
5 光线跟踪分析和极化分析 63
6 添加矩形ADAT光纤 64
如何创建一个简单的非顺序系统 65
<非序列自由形式（Freeform Z）的优化> 85
一 概述 85
二 非序列项目 86
三 非序列优化 86
1 清所有探测器 86
2 非序列光线追迹 87
3 探测器上光线能量的优化 87
3 非序列光线优化过程 87
ZEMAX中如何优化非序列光学系统翻译 88
混合式非序列 (NSC with Ports) zemax 101
1-1 混合式非序列 101
1-2 例子－混合式非序列 102
1-3 出口埠 104
1-4 非序列组件 105
1-5 对象属性 106
1-6 非序列性透镜对象 107
1-7 复制对象 107
1-8 定义多焦透镜 108
1-9 表面折射 108
1-10 空气透镜 109
1-11 调整焦距参数 110
1-12 多焦透镜 110
1-13 运行优化 111
1-14 带状优化 112
1-15 目标局部 114
1-16 光线目标 115
1-17 系统性能 115
1-18 运行影像分析性能之优化 116
1-19 设罝变数 117
1-20 最终设计 117
十、TO5 DM镜功能在TracePro中的模拟 118
十一、光源文件及应用 126
十二、在ZEMAX中理想光学系统合理架构的快速搭建《实例1》 132
1在ZEMAX中理想光学系统合理架构的快速搭建 132
2 “1-原态.ZMX”抽取框架 135
3 创建等效架构 136
4创建等效架构 136
5 PWC公式汇集 136
十三、在ZEMAX中对已知透镜求其PWC 141
1在ZEMAX中PWC法输入数据读取位置 142
2优化设置参考表适用说明 143
A 线性校正要求 143
B 线性校正要求操作 144
3 用等效mathmetica算式校验 150
4 结论 150
十四、ZEMAX中理想单镜PWC法求解(实例5） 151
1镜PWC法结构求解用公式 151
2 将上公式组移植到ZEMAX中 152
7用mathmetica校验（单镜与系统初级赛特系数校核） 155
十五、 ZEMAX上双胶镜PWC法优化设计（双胶镜部分） 156
一 双胶镜PWC法结构求解用公式 156
二 移植6双胶镜实体化算式 158
1 创建初态双胶镜实体化架构文件 158
2 编写双胶镜实体化操作集 160
十六、双胶实体化模块应用实例-低倍显微镜头设计 170
一 低倍显微物镜设计要求 170
二 光路设计要求 170
1 几何像差设计要求 170
2 传函要求 170
三 棱镜初级像差 171
三 用单镜实体化操作集优化 171
四 优化结果工艺评估 172
五 小结 173
十七、镜头实体化模块优化小结-中等视场，中等口径变焦镜头设计《2倍变焦镜头》 174
一 规划 174
1 样例 174
2 重新调整设计要求 174
3 测绘系统数据 174
4 初步优化 175
5 变焦规划 175
二 PWC优化 177
1胶合镜问题 177
2 创建架构 177
三 在ZEMAX和CODE V间往返优化 182
1 优化结果 182
三 相关问题 187
四 PWC法小结 188
十九、光学系统塑料热补偿设计技术详解 189
一 ZEMAX中塑料热补偿设计操作 189
二 热补偿项说明 189
三 其它热补偿项说明 190
四 具有热效应材料的折射率修正问题 190

一、预备知识

前言：
今天借贴1聊聊光学镜头的优化设计问题，这也是多数光学同行所关心的问题。
对光学镜头的优化，不同的光学系统，光学设计的不同阶段，不同的人有各自的方法，很难说那种方法最优。这里介绍的方法，是绝大多数光学设计者所没有用过的，但在复杂的变焦系统中，却是行之有效的优化利器，在此抛砖引玉，希望能使镜头设计更上一层楼。
另外该贴还介绍了物距不同，象方成像有轴向分离的三个位置的变焦系统，该系统设计时有15重结构，这在变焦系统中也算较复杂类。这类变焦系统的成像质量应如何全面评估？这可能也是大家感兴趣的问题。
如果将上两个问题放在一起讨论，又会碰出是么样的火花？我们试目以待...。
一、概述
该帖介绍舞台投影变焦系统的光学性能约束要求，重点是提出超长操作集的高效编辑问题，让网友了解高效编辑对提高运行效率的重要性。
二、舞台变焦投影系统
1、 光路图见图1

图1
2、 技术要求
图1是物距不变时，只对像方三个图案盘位置分别调焦，在每个图案盘处要能进行长中短变焦。
对图案盘1变焦时，系统总长=450mm；对图案盘2变焦时，系统总长=455mm；对图案盘3变焦时，系统总长=460mm（比要求的470mm短，允许）。
如果系统要能对5米~20米成像都清楚，还应增加哪几重结构？
初步设计结果见“贴1-例1.ZMX”，应如何评估此系统，详见“3系统评估”。
（波长620,550,450；Real Image Height：17.5mm；像空间F/#=1.2）

#
Type

Radius
Curvature
Thickness
Glass
Semi-Diameter
0
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1
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2
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12.903

38.95
26
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0.00E+00
55.000

34.04
27
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0.00E+00
0.000

17.61
28
STANDARD

#DIV/0!
0.00E+00
0.000

17.61

3系统评估
这是对物方无限远的变焦系统，与一般变焦不一样的的是要对彼此分离5mm的图像盘都能清晰成像。
由于系统要求对5~20米远都能投出清晰像，因此是牵涉到物距变化的调焦，像距变化（对准不同图案盘）的调焦。这是个双调焦变焦系统，设计上是较复杂的。
下面是对初步设计结果的评估（即对投影距离固定的变焦设计结果的评估），如果没有问题了，才可以进行下部设计。
下面是系统评估：
变焦镜头设计参数

型号 开发编号

序号
分类
规格要求
设计结果
1
最小分辨格
0.5mm
0.35mm
2
色片盘
9+1
——
3
旋转图案盘
1pcs（7+1）
——
4
固图案盘
1pcs（10+1）
——
5
图案盘间距
>5mm
>10mm（3个）
6
图案尺寸
白光孔径：φ34；有效图案：32
有效图案：φ32
7
出光全角
13~50°（初定）
13~40°
8
光路总长
420mm（初定）
470mm
9
变焦范围
50~200mm
53~200mm
10
透镜规格
数量少，质量轻
13片
11
后截距
>50mm
>50mm

3传函
传函目标值是由小于3′弥散要求算出的，现计算如下：
1 短焦传函要求
最小象元=55.1*Tan3′=0.048mm，
传函频率=1/(2*0.048)=10.4lp/mm。
2 中焦传函要求
最小象元=120.6*Tan3′=0.105mm，
传函频率=1/(2*0.105)=5lp/mm。

3 长焦传函要求
最小象元=200.1*Tan3′=0.175mm，
传函频率=1/(2*0.175)=3lp/mm。

1 对于舞台投影系统，属于大像差系统，其传函理论评估MTF>0.3的频率，即可代表此时的传函频率。
2 由设计传函可知，除短焦传函频率低于计算出的目标传函外，，其它传函的频率应远高于目标传函（因为以目标频率考核时，其MTF远高于0.3）。
3 其工艺传函（考虑所有公差的传函），在制定考核频率下，MTF>0.15即可，观察中焦，中间图案盘，其工艺传函是观察0.98概率下的MTF=0.31，它远大于MTF>0.15的要求。
从MTF看，系统在下步设计时，应侧重在短焦像质的优化，中长焦MTF远高于要求值。
4 焦深评估：设光轴与图案盘垂直偏差不大于20′，这样焦深应<17.5*tan20′=0.1mm（其中17.5是图案盘图案半径），观察0.1离焦量时的MTF=0.4，焦深=0.2是允许的，因此焦深不超。
5 弥散

三 长操作集编辑问题
观察“贴1-例1。ZMX”的优化操作集，其中用得最多的是TRAR和TRAC。下面说说这两个操作数的意义：
TRAC是计算弥散的方均根值RMS，TRAR是计算指定视场，口径的一条光线对中心光线的偏离，可用于控制弥散最大值GEO。为了控制精确，多数情况下默认误差函数TRAC在计算量上取：

即每个TRAC命令追迹20*12=240条光线，而每个TRAR命令只能追迹一条光线。考虑此变焦投影镜头现在是9重结构，当长、中、短焦的中间图案盘位置，还要添加5M,10M的物距，这样需要再添加6重结构，即系统为15重结构，这样再用TRAC命令计算就太慢了。
我们用TRAC对每个视场（6个视场），控制1H，0.9H，……-0.9H，-1H（19条光线）光线的像面交高，对每重结构就需要计算114条光线，15重结构需计算15*114=1710条光线。
说明：要编辑的操作数多了，但程序运行确实快的多了，这就是长操作数的由来。我们再说说，什么时候用这类长操作集？
在9重结构中我们并没有用到此类操作方式，原因在于系统还处于初步校正阶段，系统优化过程中，各种光学性能平衡的矛盾并不明显。但在15重结构时，系统已进入了微量的精校阶段，系统在校正过程中各校正量的此起彼伏的现象。造成了校正的彼此干涉。很难达到好的平衡。短操作集表面看来容易操作，实际上不能全面控制，反而使优化过程反反复复，长时间达不到优化要求。长操作集应该如何控制，才能得到到好的结果呢？那就是使结构变化越小，优化的线性程度就越高，其控制就越准确的。具体的办法就是用长操作集提取现场光线数据，然后根据需要改动部分操作数的目标值，一次不要改太多，分批控制优化。由于绝大多数操作数都是取的现场数据，这样在优化过程中结构的变化就最小，线性程度就高，控制起伏量小，控制就准确。
什么叫提取现场光线数据？就是将光线交高的现场值复制到目标值上去，对长操作集，有成千行需操作，以一般的方法编辑很难不出错，而且其工作量是不可想象的，因此还没有人尝试过这样的优化。
如果用EXCEL进行编辑，用列复制，列粘贴在半分钟内就可搞定。这样就解决了长操作集的编辑问题，且其运行又快，控制又准确。长操作集在简单定焦系统不必考虑，在复杂变焦系统的校正后期，是优化的利器。
下面给出一个长操作集的实例“贴1-例2.ZMX”（最佳像面未调整，仅用于观察操作集），文件的操作集共有五千多行，它可以作为一个典型设置，用在舞台投影变焦镜头的设计后期。这个操作集的妙用如下：
通过后续校正工作完成后，在评估系统时，全部性能合乎要求，只是倒数第2镜的双凸镜半径很接近，影响装配。我用此操作集，提取现场光线数据（用EXCEL编辑半分钟），然后改动两半径相同，优化半小时，OK!
四 补充说明
舞台投影镜头投向屏处的像质，用其点弥散对人眼张角评估，其小于3′时，点的弥散斑不易发现，屏处投影像认为是由点组成，而不是弥散斑组成，成像是清楚的。这个观点在其共轭面DMD上，就是前面的弥散评估结论
2012.7.15
二、 预备知识
前言：
为了能有效控制复杂光学系统的优化，使其能高效稳定的收敛到目标值，我们在贴1中引入了长操作集的概念。本贴就重点介绍长操作集的编辑。
长操作集是不同优化阶段累积的结果，到后期操作集就会加长。为了快速调整权因子，最常用的办法是根据操作集的现场值，逐步加大操作数的权因子（而不是增减权因子），因此后期权因子会变的很大。其实没必要在此纠结，这是因为由优化函数定义可知它具有相对权重的概念，所以增大与增减的效果是一样的，但前者操作确简单的多。
工欲善其事必先利其器，掌握好长操作集的编辑，提高其编辑效率，可极大的提高优化效率与质量。尤其在计算机的运行效率不断提高的今天，更是如此。要想逐步累积出一个好的长操作集，必须先有一个好的初始结构，和好的初步优化操作集，这些可参考以下要求：
1 先设定6种视场的权重：
视场 权重
9W 3
3W 3
0.5W 5
0.7W 7
0.85W 8.5
1W 10
上面的视场权重，可使各视场的传函尽量接近。
2 然后选弥散方均根值RMS为缺省优化函数，全部权重倍数为1。观察弥散图：
RMS应接近或小于最小象元直径值。
GEO不大于3倍RMS。
3 其它约束的加权相对值（最后列）应在同一数量级上，然后根据相对重要性逐步加大权重。
4 观察传函曲线：其传函的频率设定为要求值，其各视场传函曲线较接近，不能出现散乱现象。如果初步优化后上述情况基本满足，则光学系统初态是合理的，可以进行下步优化，否则重新找初解。
5 寻找初解在CODE V与ZEMAX间交叉进行。
6 优化步骤：
（1）RMS优化（缺省优化）-->（2）GEO优化（增加TRAR约束）-->（3）波差优化（增加波差优化）-->（4）增加传函优化（最好是几何传函 ）-> （5）传函优化（最好是几何传函 ）--> 多重结构（只变焦，不调焦）-->（5）多重结构（变焦，调焦）--> （6）温度折射率与热膨胀优化。
传函优化在初期多采用不等式约束，以减少矛盾制约。
7 长操作集只会提高效率，但必须使各约束间的矛盾尽量小，这方面影响最大的是初始结构的合理性。
一、概述
在复杂光学系统设计中，许多性能校正是彼此有冲突的，如何平衡好各方面的矛盾，是个棘手问题。
不少人是通过更改操作数，调整其数值，权重来校正的，由于操作集过长不好编辑，也不好平衡权重而放弃了这方面的尝试，从而使校正摇摆不定，不能很快的得到好的校正结果。
长操作集可控制参数多，各种需要控制的性能在里面，只需要调整目标值和权重即可，而不必删减，增加操作集（这样可避免遗忘操作控制项）。
对长操作集的编辑控制是门学问，它有许多内在的规律与技巧需要我们去摸索，在这里介绍的方法，只是其中的一小部分。
一个好的长操作集可用于各种光学系统中，从而使操作集可局部标准化，从长远看反倒能加快系统的控制。
另外长操作集是从全方位上控制系统的光学性能校正，因此能很好的平衡系统校正的多方面矛盾，使系统校正避免了摇摆不定，加快了系统校正步伐，提高了校正速度，对复杂的变焦系统尤其是这样。
长操作集用于光学系统校正后期，以达到全方位控制光学系统设计的目的。
在初始设计光学系统时，并不能用上长操作集，它是在系统设计过程中，逐步累积出来的，对应着外形设计，初步像差设计，加入传函设计，系统多重结构化，精细控制，全方位控制得到的。我们不要以为全方位控制会降低效率，即使经验丰富的光学设计师也不可能用极少的操作集很好的控制一个复杂的系统的稳定校正，有了长操作集的概念及编辑方法，才能使全面稳定校正成为可能。关于这方面的详细论述，将在后续的光学设计中逐步涉及到。
长操作集中的权重是最关键的，它的给定也是上面各步优化累积得到的，并在长操作集优化过程中批量进行修改。
在第3种情况下，长操作集由于控制全面，因此运行时间长，但用好时此方法是很稳定的（即规律明显），不必中间经常光顾它，在样例的一个循环大致要运行近15~20分钟，这段时间我们可以做别的事情，我的光学系统设计总结就是利用这部分时间完成的（轻松完成）。
长操作集的控制编辑思想在前面步骤产生的短操作集中也可应用，这会极大的提高校正速度。
二、长操作集编辑实例
1 DLP复眼后续照明光路
文件“贴2-例1.ZMX”是DLP复眼后续照明光路，假设采用0.24英寸DMD，长宽比=4:3，则对角线长=0.24*25.4=6.1mm，长边长=6.1*4/5=4.9mm，短边长=6.1*3/5=3.7mm，考虑DMD光照区单边应用0.2mm余量，以便工艺校正。这样的DMD位置光照区尺寸=5.3*4.1mm（这个尺寸以矩形通孔方式设置在DMD工作面）。
由图可见出射光斑的弥散还比较大，即光照区周界不够清楚；再有这个光路在X向，Y向的F#=2.4。它只考虑了DMD的12°开关角的限制，没有考虑在其垂直方向没有开关角的限制，可以增大相对口径，使DMD得到更大照明。
为此重设置了X向F#=2.4，Y向F#=1.8，及优化函数。优化结果存成“贴2-例2.ZMX”，这是一个典型的DLP复眼后续系统光路优化设置（其特点是光路非旋转对称），其前提是中心光束出射主光线角在25°~27°之间（这个问题不在本课题之内，以后再谈）。

2 长操作集编辑
接着上文，假定上结构是一个完好照明光路的部分，并打样通过。在小批量试制中，发现校正过程中，DMD光照区余量不够，希望单边再增大0.1mm余量。这个问题应如下解决。
将优化操作集TRAC改成REAR（注意一个TRAC命令需追迹20*12=240条光线，而一个REAR命令只追迹一条光线，，这在复杂变焦系统中是非常值得注意的），更改方法见长操作集编辑说明。由于要求DMD光照区由5.3*4.1mm改成5.5*4.3，能不能用扩大物方视场角的方法达到要求，这是不允许的，因为系统打样过了，即复眼出射视场角是不变的，只允许更改图1的两个聚光镜（外径及两镜间隔不变）。
我们可考虑：DMD光照区由5.3*4.1mm改成5.5*4.3，其中4.1变到4.3，放大率4.3/4.1=1.05。载入“贴2-例2.ZMX”→将系统放大1.05倍→F6→更新→提取现场数据存成1.MF。用EXCEL载入1.MF→将：
A TRAC改成REAR（这部分借用笔记本的全部替换功能进行操作）。、
B TRAC 的面序号列全是0,代表像面；但改成REAR就代表物面了。因此面序号列全改成21，指向像面（这部分借用笔记本的全部替换功能进行操作）。
C 操作数现场值列复制→粘贴到目标列。
D 控制转到“笔记本”软件页面→再存成3.MF。
取没有放大1.05的结构→载入3.MF→优化后存成“贴2-3.ZMX”。下面侧重在EXCEL的编辑操作。
以上操作详述如下：
（2） 长操作集编辑
具体操作步骤如下：
载入“贴2-例2”→F6→存成“1.MF”。打开EXCEL，载入“1.MF”，具体操作如下：
控制转到ZEMAX，载入“2.MF”，新编辑的2.MF载入成功，体会下长操作集的编辑，是很爽的。
以上完成了操作集中，TRAC操作数改成REAR的操作，使计算量减小了上百倍，这在复杂变焦系统中十分重要。
接着将系统乘1.05倍→更新→将操作集存成“1.MF”。

关闭EXCEL→再打开EXCEL→用图2方法将“1.MF”载入EXCEL中，清空操作数目标列，复制操作数现场数据列，粘贴到目标列，全选，复制。以上完成了在EXCEL中提取现场操作数的操作→删除→粘贴→存成“3.MF”，此时“3.MF”就是控制光照区达到5.5*4.3的优化操作集。
为了验证操作集是否正确，控制转到ZEMAX，重新载入“3.MF”，开启优化钮，优化函数为0,说明长操作集将现场数据列复制到目标列的操作成功（注意：此时由于前面的操作保证了操作集的目标列=现场列，因此优化时优化函数必为零，如果不是零，则前面的操作有问题）。
重新载入“贴2-例2”，载入“3.MF”，点击优化钮，优化函数不为零，这是因为系统此时未乘1.05,优化后，将像面尺寸设置成5.5*4.3进行观察，光照区恰好充满，说明优化准确到位，存成“贴2-例3”。
说明：
A 上面的长操作集编辑只是着重在体会，具体的技巧是非常多的。
B 这里光斑的放大，不允许间隔与外径变化，因为光机结构已确定了，所以直接放大是不允许的。
C 观察不同视场的弥散大小，发现大视场弥散小，小视场弥散大，可以将现场操作数值列的弥散斑，根据需要缩小不同倍数，再优化。这种操作如果不在EXCEL中进行，是很难完成的。
三、照明设计指引贴
上两贴以镜头设计为例介绍了长操作集的作用与编辑，此处介绍的是以能量观点进行评估的照明系统的设计。
照明系统的设计牵涉到的是千变万化，光怪陆离的世界，要总结出一套适应各种情况的统一规律又谈何容易？但又非无迹可寻：这就是要从全局出发，把握照明系统各组元间的衔接规律，调整好矛盾，平衡好利弊，有舍有取。这里最重要的的是要有合理的初始结构，其它问题才能迎刃而解。
本贴给出许多的基本上是好的照明系统样例，它可作为我们设计照明系统的初始结构。希望大家能从全局高度去观察，才能找出内在规律，用缩放，拆卸，组合的方法，尽量扩大样例的实用范围。
为了便于大家活用样例，在培训教材中“第五章 LCOS照明系统设计”，“第六章 DLP照明系统设计”两章，以实例介绍了从全局出发，把好各组元的衔接关口，尽量减少组元间性能上的相互干涉，使各组元顺畅的组合成高效，高质量的整体。
照明系统的色域匹配是影响照明系统能量利用率和色性能指标的最重要处，但往往因认识不足被人们忽略，或因其难于驾驭而放弃。其造成的能量损失超过20％。但由于其牵涉问题太多，问题讲述清又需花费较长篇幅，它与详尽解析清塑料热补偿设计一样（指理论上搞清，而非简单应用，简单应用在培训教材“第八章 塑料非球面镜头设计”介绍），只能放到专门的培训课中讲述。
“兵无常势，水无常形”，我们提供的样例是死的，但利用它们的人是活的：从大局着眼，各组元入手，做好衔接平衡就是破局的捷径。
见“照明系统样例集成.pptx”
四、《对成像镜头设计质量的评估》
不少光学设计同行感到镜头设计不好掌握，其实多数是对镜头设计达到什么状态就算好的把握不住。镜头设计的目标值定的过低，以致于设计出的镜头总是不理想，同时也失去了进一步提高的动力。目标也不能定的太高，使系统复杂化，成本过高，得不偿失。
镜头成像质量是其最重要的性能指标之一，应从：MTF要求（频率要求、高中低频的MTF要求、色频率要求、MTF视场一致性要求、MTF温度要求、调焦MTF要求、变焦MTF要求、），弥散要求，焦深要求，光能集中度要求，视场均匀性要求，畸变要求（DIST畸变要求、TV畸变要求），色差要求，公差要求，工艺性要求（中心边缘厚度差要求、单镜两半径同心性要求、中心边缘厚度要求、成本要求、玻璃加工软硬度、耐酸性等）来全面评估镜头。
在这里的评估指标对各种成像镜头基本上都适用，其中使用在不同场合的镜头所需另外的约束，不在小结中，请根据各系统的性能要求添加合理约束。
一 象质要求
1 MTF要求
(1) 常用条件下的传函要求
常用条件是指物距除两端点、变焦除两端点（五点变焦）、温度除两端点、最佳像面处的传函要求：
频率（CMOS、CCD、LCOS、DMD上）＝1/（2*最小象元直径）
MTF>50%(接收器各点处)
频率（目视系统像面处，对应出射角＝3’的弥散，其直径定为最小象元直径）＝1/（2*最小象元直径）
MTF>30%（舞台投影镜头），MTF>50%(小视场广告投影镜头)。
(2) 两端条件下的传函要求
指物距两端点、温度两端点、变焦两端点（五点变焦）、最佳像面处的传函要求：
MTF（CMOS、CCD、LCOS、DMD上）>40%(接收器各点处)
对于舞台投影镜头，由于不能用塑料镜头，故热变形，热折射率变化均不考虑，各物距调焦后的传函MTF>30%。
(3) 焦深要求
由弥散斑确定的焦深
当弥散光线散布方均根植RMS不大于最小象元直径时，象由点组成，成像是清楚的，下面计算的弥散半径(＝RMS)等于最小象元直径的像面的离焦尺寸：
F#＝F’/φ入瞳，对应轴向光束投射角 Q＝ArcTan【(φ入瞳/2)/ F’】＝ArcTan 【1/(2*F#)】，设F＃1.8，则Q＝ArcTan 【1/(2*F#)】＝ArcTan 【1/(2*1.8)】＝15.5°
假定计算出的最小象元尺寸＝0.008mm，则由弥散斑确定的焦深＝0.008/Tan15.5°＝0.028mm。
如果F#＝1.5，Q＝ArcTan 【1/(2*F#)】＝ArcTan 【1/(2*1.5)】＝18.4°
假定计算出的最小象元尺寸＝0.008mm，则由弥散斑确定的焦深＝0.008/Tan18.4°＝0.024mm。
由透镜对正要求确定的焦深
焦深由光轴对成像面的垂值偏差所决定，允许±10’。在焦深范围内MTF>20%.
例如0.46英寸的DMD，如果最大视场角＝±25°，那么F’＝ (0.46*25.4/2)
/Tan25°＝12.53，因此光轴对成像面的垂值偏差＝±10’时，引起DMD角顶对中心点沿轴向移位＝±12.53*(10*0.00029)＝0.036mm，即焦深＝±0.035mm，在焦深范围内，中心与角顶成像将同时清楚。
再看一例：0.19英寸的DMD，如果最大视场角＝±25°，那么F’＝ (0.19*25.4/2)/Tan25°＝5.2，因此光轴对成像面的垂值偏差＝±10’时，引起DMD角顶对中心点沿轴向移位＝±5.2*(10*0.00029)＝0.015mm，即焦深＝±0.015mm，在焦深范围内要求MTF>0.2，中心与角顶成像将同时清楚。
由弥散与对正要求共同确定的焦深
由于0.46英寸情况下，透镜容易对正，因此由弥散确定的焦深允许略放松；但0.19英寸情况下，透镜不易对正，因此由弥散确定的焦深应略严，最后有：
对手机投影镜头焦深＝±0.015mm。
对0.46英寸的接受器（分辨率60lp/mm），焦深＝±0.03mm，MTF>20%。
手机投影镜头的对正精度（焦深要求）将更难保证，这成为手机投影镜头批量生产的难点之一，为了使手机焦深要求不致过严，F#>2；但这会制约手机亮度，因此手机设计的另一难点，是需对各虑色镜进行频谱透过率的定量分析，给出合理的频谱透过率，角度透过率的综合技术指标要求。
(4) 全视场传函一致性要求
为了各视场传函（即像面各点传函）不致相差过大，应要求各视场传函一致性<10%。
(5) 高、中、低频传函要求
为了使传函的低频（分辨轮廓的能力），中频（分辨层次的能力），高频（分辨细节的能力）都达到较好的程度，应使：MTF>0.9(10 lp/mm时)，MTF>0.8(20 lp /mm时)，MTF>0.5(最大频率时)。
(6) 色光传函要求
在常用工作条件下，主波长传函MTF>0.45、其它传函MTF>0.35。
2 弥散要求
MTF只是象质要求之一，对于MTF合乎要求的系统，象质只能说较好，还不能说很好。这是因为在能分辨的鉴别率图案周围，有可能产生拉出的弱光带，影响对比度。客户对此还是比较挑剔的。这个问题主要是由弥散斑的RMS（弥散散布半径的方均根植）、GEO（弥散散布半径的最大值）共同决定的。
好的镜头要求RMS<最小象元直径、GEO<3*RMS。
以上要求是在常用条件下的约束，对于端点状态下，允许略超。
二 光能要求
在MTF和弥散达到要求后，光能集中度亦影响象的晖光程度，光能越集中，晖光就越弱，好的光能集中度要求在最小象元尺寸下，光能集中度>90%。
全视场亮度的一致性，是由视场光能均匀性决定的，它由最大视场能量与中心视场能量比来定义的，其要求如下：
投影镜头：视场均匀性>80%。
舞台投影镜头：视场均匀性>70%。
照像镜头：视场均匀性>50%。
说明：视场均匀性>70%(舞台投影系统)是指投影镜头视场均匀性要求，其照明系统的视场均匀性>70%，因此舞台投影系统的总视场均匀性>50%，与照像镜头的视场均匀性是一样的。
三 畸变要求
相对畸变的百分数<1.5%，对于投影镜头，主要是TV畸变<1%(TV畸变定义为长边中心凸或凹点相对中心直边点的百分比)
制版镜头畸变要求很严，不在此小结内。
四 色差要求
1 垂轴色差要求
最大视场垂轴色差<最小象元直径。
例如最小象元尺寸＝0.008mm，则最大视场垂轴色差<0.008mm。
2 轴向色差要求
弥散张角＝ArcTan【1/(2*F#)】，
轴向色差<最小象元直径/【1/(2*F#)】＝最小象元直径*(2*F#)。
例如：最小象元直径＝0.008mm，F#＝1.8，轴向色差<0.008*2*1.8＝0.03mm。
五 工艺性要求
1 外形尺寸要求
压边量要求
中心厚与边厚要求

(1) 中心厚公差要求
(2) 倒角宽度要求

(3) 倒角角度要求
(4) 偏心要求

(5) 表面误差要求

(6) 对材料要求

2 同心性要求
单镜同心性需>0.1，否则车边易垂轴串动，使中心偏超差，也会使边缘光圈超差。
单镜前后面的同心性约束如下（设单镜的前后面口径＝H1，H2；前后面半径＝R1，R2）：

3 公差要求
一般情况下焦距＝15～40mm的成像镜头，中等精度公差分配如下：

用ZEMAX2009计算公差，蒙特卡罗统计次数取3000，要求算出的98％概率的MTF>0.15。
玻璃材料要求
价格参考
见“玻璃批次价格表.PDF”
光学与理化性能
见“玻璃材料性能.xls”

五、《架构