zemax笔记6——例：双胶合透镜的设计

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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