zemax培訓(xùn)教程doublet design專業(yè)知識講座

ZEMAX培訓(xùn)教程

---雙膠鏡頭設(shè)計練習(xí)吳新民Support@.tw10/10/20231版權(quán)所有2023訊技光電(上海)股份有限公司第1頁例子：雙膠鏡頭設(shè)計雙膠鏡頭是個比較好練習(xí)：幾乎所有光學(xué)設(shè)計都有雙膠合透鏡，其中一塊正透鏡常用冕玻璃，負(fù)透鏡用火石玻璃，通過正確選擇玻璃，能夠校正球差、彗差和軸向色差，有些設(shè)計，能夠通過將單透鏡分裂為雙膠合透鏡得到改善。雙膠合透鏡包括構(gòu)造參數(shù)有：3個曲率半徑，3個厚度值，2種玻璃折射率和V-number，光欄位置。10/10/20232版權(quán)所有2023訊技光電(上海)股份有限公司第2頁設(shè)計要求用F，d,C光EPD=50mmF/8FOV=10度最小邊緣/中心厚度為4mm，最大中心厚度為18mm使用合適標(biāo)準(zhǔn)選擇合適玻璃10/10/20233版權(quán)所有2023訊技光電(上海)股份有限公司第3頁設(shè)計過程定義系統(tǒng)孔徑定義視場和波長(各3個)定義正確面數(shù)增加F/#solve假定初始玻璃為常用冕玻璃和火石玻璃：BK7和F2建立優(yōu)化函數(shù)，用RMSspotradius優(yōu)化增加邊界約束條件優(yōu)化玻璃10/10/20234版權(quán)所有2023訊技光電(上海)股份有限公司第4頁第一步：系統(tǒng)Generaldata設(shè)置選擇“Gen”按鈕，在aperturetype中選擇Entrancepupildiameter，Aperturevalue為50。10/10/20235版權(quán)所有2023訊技光電(上海)股份有限公司第5頁第二步：視場和波長設(shè)置點“Fie”和“Wav”按鈕，視場角為0，7，10三個，波長直接選擇可見光。10/10/20236版權(quán)所有2023訊技光電(上海)股份有限公司第6頁第三步：建立surfacedata建立6個面，包括Obj,Stop,3lens和imagesurface。輸入玻璃牌號，前面為BK7,背面為火石F2。10/10/20237版權(quán)所有2023訊技光電(上海)股份有限公司第7頁第四步：為F/#添加Solve在光學(xué)面4curvature上，增加solve：將surface4radius欄上點右鍵，選擇F/#solvetype，輸入其值為8，ZEMAX會自動調(diào)整這個面曲率半徑值。10/10/20238版權(quán)所有2023訊技光電(上海)股份有限公司第8頁第五步：建立優(yōu)化函數(shù)打開Editor>>MeritFunction，打開Defaultmeritfunction對話框，選擇RMSspotradius作為優(yōu)化數(shù)據(jù)，加入邊界約束條件。10/10/20239版權(quán)所有2023訊技光電(上海)股份有限公司第9頁第六步：設(shè)置變量并優(yōu)化將2個曲率半徑和4個厚度都設(shè)置為變量，優(yōu)化計算。成果2Dlayout和rayfan如下：10/10/202310版權(quán)所有2023訊技光電(上海)股份有限公司第10頁第七步：分析哪些像差已經(jīng)校正了？哪些沒有校正？哪個是主要像差？光欄位置如何？本設(shè)計中：(1)不需要專門指定色差目標(biāo)值(2)缺省優(yōu)化函數(shù)對軸上色差有比較好校正(3)將光欄向離開透鏡方向移動，會引入橫向色差(4)邊界條件基本滿足(5)能夠?qū)top向透鏡方向移動，以減小橫向色差。10/10/202311版權(quán)所有2023訊技光電(上海)股份有限公司第11頁第八步：修改設(shè)計將光欄向透鏡移動，能夠?qū)M向色差減少，但引入了象散、彗差、離焦和spotradius擴大。10/10/202312版權(quán)所有2023訊技光電(上海)股份有限公司第12頁改善設(shè)計分析：(1)一種半徑是控制EFL，另外二個是控制色差，(2)光欄位置對控制象散和彗差效果不是太抱負(fù)，(3)變化厚度影響不是太大，尤其是有邊界條件約束情況下，(4)主要要校正像差是：球差、橫向色差和軸向色差。校正球差也許措施：(1)增加conicconstant；(2)增加透鏡校正色差也許措施：(1)移動光欄，但在這里幫助不大；(2)用新玻璃。10/10/202313版權(quán)所有2023訊技光電(上海)股份有限公司第13頁進(jìn)行玻璃優(yōu)化嘗試下列玻璃組合：BK7&SF1BK7&SF2BK7&SF5或者直接對玻璃進(jìn)行優(yōu)化。有幾個措施：(1)直接輸入幾個組合，進(jìn)行優(yōu)化，(2)對擬合玻璃方程參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化---“model”glass，一般不推薦使用，(3)采取“substitute”措施優(yōu)化。容易、速度快，推薦使用。10/10/202314版權(quán)所有2023訊技光電(上海)股份有限公司第14頁ModelGlass辦法根據(jù)折射率、阿貝數(shù)和部分相對色散項，估計二個玻璃之間距離。用RGLA優(yōu)化操作數(shù)，使ZEMAX在目錄中選擇一種在實際玻璃附近modelglass。它限定目錄中與實際玻璃折射率、阿貝數(shù)和部分相對色散偏差。步聚：(1)將玻璃設(shè)置為變量(Ctrl-Z)，(2)在MF中加入RGLA操作數(shù)，target=0.05,weight=1，Wn,Wa,Wp為0，(3)優(yōu)化，(4)再用Ctrl-Z,將玻璃轉(zhuǎn)換到近來相稱玻璃，(5)再優(yōu)化。有時候更加好，有時候不好。10/10/202315版權(quán)所有2023訊技光電(上海)股份有限公司第15頁優(yōu)化成果玻璃分別為：PSK54和KZFSN5。10/10/202316版權(quán)所有2023訊技光電(上海)股份有限公司第16頁Glasssubstitution辦法這種辦法更容易、更可靠。它能夠用globaloptimization算法，也能夠用hammer算法，找到更加好玻璃。步聚：(1)將所有玻璃設(shè)置“substitute”solve，在Schott公司玻璃，然后運行hammer，(2)以BK7/SF5開始。也許會得到BAK1/SF1或其他組合，(3)看看所找到玻璃成本：將光標(biāo)放在玻璃上，點GLA，BAK1為1.67,SF1為2.25，還能夠。10/10/202317版權(quán)所有2023訊技光電(上海)股份有限公司第17頁Glasssubstitution限制假如沒有限制，會從所有目錄中選擇玻璃。能夠用下面辦法，只讓ZEMAX從指定目錄中選擇玻璃：(1)在solve中指定玻璃庫名稱，不一樣面能夠指定不一樣庫，(2)用GCOS操作數(shù)，控制玻璃相對成本，(3)通過在玻璃目錄中選擇exclude復(fù)選框，排除不想要玻璃，(4)增加其他操作數(shù)控制重量、折射率或阿貝數(shù)，(5)用Tools>>glasssubstitutetemplate。能夠限定材料相對成本和其他物理化學(xué)特性，它適用于整個光學(xué)系統(tǒng)，只能用于globaloptimization中。以上辦法能夠同步使用。10/