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1、ZEMAX培训教程-双胶镜头设计练习2023/3/201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。2023/3/202设计要求 用F，d, C光 EPD=50mm F/8 FOV=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2023/3/203设计过程 定
2、义系统的孔径 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2023/3/204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。2023/3/205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。2023/3/206第三步：建立surface data 建立
3、6个面，包括Obj, Stop,3 lens和image surface。 输入玻璃牌号，前面为BK7,后面为火石F2。2023/3/207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。2023/3/208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。2023/3/209第
4、六步：设置变量并优化 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：2023/3/2010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。2023/3/2011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。2023/3/2012
5、改进设计 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。2023/3/2013进行玻璃优化 尝试下列玻璃组合： BK7 & SF1 BK7 & SF2 BK7 & 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
6、的参数进行优化-“model”glass，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。2023/3/2014Model 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
7、当的玻璃， (5)再优化。有时候更好，有时候不好。2023/3/2015优化结果 玻璃分别为：PSK54和KZFSN5。2023/3/2016Glass 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。202
8、3/3/2017Glass substitution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。2023/3/2018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。2023/3/2019
