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1、ZEMAX培训教程-双胶镜头设计练习,2023/3/20,1,例子：双胶镜头设计,双胶镜头是个比较好的练习：几乎所有光学设计都有双胶合透镜，其中一块正透镜常用冕玻璃，负透镜用火石玻璃，通过正确选择玻璃，可以校正 球差、彗差和轴向色差，有些设计，可以通过将单透镜分裂为双胶合透镜得到改进。双胶合透镜包含的结构参数有：3个曲率半径，3个厚度值，2种玻璃的折射率和V-number，光栏的位置。,2023/3/20,2,设计要求,用F，d,C光EPD=50mmF/8FOV=10度最小的边缘/中心厚度为4mm，最大中心厚度为18mm使用合适的标准选择合适的玻璃,2023/3/20,3,设计过程,定义系统的
2、孔径定义视场和波长(各3个)定义正确的面数增加F/#solve假定初始玻璃为常用的冕玻璃和火石玻璃：BK7和F2建立优化函数，用RMS spot radius优化增加边界约束条件优化玻璃,2023/3/20,4,第一步：系统General data设置,选择“Gen”按钮，在aperture type中选择Entrance pupil diameter，Aperture value为50。,2023/3/20,5,第二步：视场和波长的设置,点“Fie”和“Wav”按钮，视场角为0，7，10三个，波长直接选择可见光。,2023/3/20,6,第三步：建立surface data,建立6个面，包括
3、Obj,Stop,3 lens和image surface。输入玻璃牌号，前面为BK7,后面为火石F2。,2023/3/20,7,第四步：为F/#添加Solve,在光学面4的curvature上，增加solve：将surface 4的radius栏上点右键，选择F/#的solve type，输入其值为8，ZEMAX会自动调整这个面的曲率半径的值。,2023/3/20,8,第五步：建立优化函数,打开EditorMerit Function，打开Default merit function对话框，选择RMS spot radius作为优化数据，加入边界约束条件。,2023/3/20,9,第六步：设
4、置变量并优化,将2个曲率半径和4个厚度都设置为变量，优化计算。结果的2D layout和ray fan如下：,2023/3/20,10,第七步：分析,哪些像差已经校正了？哪些没有校正？哪个是主要的像差？光栏的位置如何？本设计中：(1)不需要专门指定色差的目标值(2)缺省优化函数对轴上色差有比较好的校正(3)将光栏向离开透镜的方向移动，会引入横向色差(4)边界条件基本满足(5)可以将stop向透镜的方向移动，以减小横向色差。,2023/3/20,11,第八步：修改设计,将光栏向透镜移动，可以将横向色差降低，但引入了象散、彗差、离焦和spot radius的扩大。,2023/3/20,12,改进设
5、计,分析：(1)一个半径是控制EFL的，另外二个是控制色差的，(2)光栏的位置对控制象散和彗差的效果不是太理想，(3)改变厚度的影响不是太大，特别是有边界条件约束的情况下，(4)主要要校正像差是：球差、横向色差和轴向色差。校正球差的可能办法：(1)增加conic constant；(2)增加透镜校正色差的可能办法：(1)移动光栏，但在这里帮助不大；(2)用新的玻璃。,2023/3/20,13,进行玻璃优化,尝试下列玻璃组合：BK7&SF1BK7&SF2BK7&SF5或者直接对玻璃进行优化。有几种办法：(1)直接输入几种组合，进行优化，(2)对拟合玻璃的方程的参数进行优化-“model”glas
6、s，一般不推荐使用，(3)采用“substitute”的方法优化。容易、速度快，推荐使用。,2023/3/20,14,Model Glass方法,根据折射率、阿贝数和部分相对色散项，估计二个玻璃之间距离。用RGLA优化操作数，使ZEMAX在目录中选择一个在实际玻璃附近的model glass。它限定目录中与实际玻璃的折射率、阿贝数和部分相对色散的偏差。步聚：(1)将玻璃设置为变量(Ctrl-Z)，(2)在MF中加入RGLA操作数，target=0.05,weight=1，Wn,Wa,Wp为0，(3)优化，(4)再用Ctrl-Z,将玻璃转换到最近的相当的玻璃，(5)再优化。有时候更好，有时候不好
7、。,2023/3/20,15,优化结果,玻璃分别为：PSK54和KZFSN5。,2023/3/20,16,Glass substitution方法,这种方法更容易、更可靠。它可以用global optimization算法，也可以用hammer算法，找到更好的玻璃。步聚：(1)将所有玻璃设置“substitute”solve，在Schott公司的玻璃，然后运行hammer，(2)以BK7/SF5开始。可能会得到BAK1/SF1 或其它组合，(3)看看所找到玻璃的成本：将光标放在玻璃上，点GLA，BAK1的为1.67,SF1的为2.25，还可以。,2023/3/20,17,Glass subst
8、itution的限制,如果没有限制，会从所有目录中选择玻璃。可以用下面的方法，只让ZEMAX从指定的目录中选择玻璃：(1)在solve中指定玻璃库的名称，不同的面可以指定不同的库，(2)用GCOS操作数，控制玻璃的相对成本，(3)通过在玻璃目录中选择exclude复选框，排除不想要的玻璃，(4)增加其它的操作数控制重量、折射率或阿贝数，(5)用Toolsglass substitute template。可以限定材料的相对成本和其它物理化学特性，它适用于整个光学系统，只能用于global optimization中。以上方法可以同时使用。,2023/3/20,18,总结,一般需要限定玻璃最小中心/边缘厚度，对EFFL操作数，可以用solve代替，选择不同的玻璃会影响色差，它可以使曲率半径用来校正球差。,2023/3/20,19,
