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zemax笔记6——例:双胶合透镜的设计

zemax笔记6——例:双胶合透镜的设计

作者: 渔山樵水 | 来源:发表于2016-07-22 19:58 被阅读4421次

    一种常用来消像差的设计。

    本例中透镜设计要求:
    BK7/F2经典消色差组合。


    设计要求
    Paste_Image.png

    基本数据设置

    1. system -> genral:
      1.1. aperture:
      1.2. aperture type: entrance pupil diameter
      1.3. aperture value: 50

    2. system -> fileds:
      注意:全视场为10度,半视场为5度
      所以任设置视场为: 05、0.7075=3.5 、1*5 。

      视场设置
    3. system -> wavelengths
      系统默认提供FdC光的选择,只要点击下方 select 按钮即可选中FdC光。

      选择FdC光

    构造系统结构

    analysis -> layout -> 2D layout (3D layout)
    设计前先打开一个2D或3D视图,方便查看系统结构

    1. 本系统有6个面:物面、光阑面、透镜前表面、胶合面、透镜后表面、像面。lens data editor 默认只有3个面,需新插入3个面(按键盘上 insert 键插入)。


      插入新表面
    2. 选择玻璃材料:


      glass
    3. 系统F数:
      在最后一个表面使用F解来求得其曲率半径,确保系统F数不变。
      双击lens2后表面的曲率半径:


      双击
      填写F数
    4. 定义系统变量:
      目前系统中还有2个曲率半径和4个厚度参数可设为变量,另两个玻璃材料也可以设置为变量。
      先不调整玻璃材料,将2个曲率半径和4个厚度参数设为变量。(双击 选择 varibale)

    设置评价函数

    editors -> merit function :
    tools -> default merit function:
    ( 这里是要消除色差,所以选择 均方根(RMS) 和 离散斑尺寸(spot radius)。本例要求考虑实际厚度,故设置 Glass 和 Air 参数)


    默认评价函数

    打开离散斑视图,可以随时查看系统离散斑变化。
    analysis -> spot diagrams -> standard

    优化参数

    tools -> optimization -> optimizaiton
    勾选 auto update
    点击 automatic 开始优化。

    优化完成后可以打开 光线扇形图 查看 不同视场的像差图。
    anlysis -> fan -> ray aberration
    打开色散移焦图 可以看到同波长对应的实际焦距
    anlysis -> miscellaneous -> chromatic focal shift
    查看垂轴色差:
    anlysis -> miscellaneous -> lateral color

    zemax 优化过程中倾向于使玻璃材料厚度尽可能大,因为厚度增大时色差会减小。所以要把其厚度限制在可以制作的范围内。

    当前结构参数的优化结果是否达到最优还需要再判断,因为当前优化可能只是一个相对较好值,这时候可以再使用垂心优化做进一步优化。
    垂心优化可以跳过相对较好值,一直找整体最好值。一般经过足够时间后zemax就能找到最佳结果。如果一段时间后没有太大变化,有两种可能:1,目前结果已经是最佳值,2,时间还不够长,还没找到最佳值。

    常用的结构改进思路

    1,添加非球面(使用二次曲面系数或更复杂的面型)。

    • zemax中可将相应表面的二次曲面系数设为变量。


      二次曲面系数
    • 或者双击表面相对应的 surf type 栏来改变表面面型,得到复杂面型。


      面型更改

    复杂面型不容易制作,一般不会设太多,而把哪个面设置为非球面效果最好,zemax提供了 寻找最佳非球面工具:
    tools -> optimizaiton -> find best asphere
    选择寻找的表面范围后点击 start 开始 寻找 。
    找到后设置并退出,重新设置评价函数。

    2009版本中必需在所有表面均为球面时可用此功能。

    2,取消胶合,将胶合界面变为两个独立的透镜,得到更多的变量。
    3,玻璃材料设为变量。更换玻璃来改善系统。

    这时需要使用垂心优化
    相应的玻璃材料设置为substiute

    替换玻璃

    设计完成


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