ZEMAX光学设计——双胶合消色差透镜设计

我是的十八簿 · 发表于 2023-3-9 20:01:26

1. 双胶合消色差透镜参数

入瞳直径EPD： 50mm
相对口径F/#：  8
全视场FFOV:    10°
波长：             F,d,C
边界限定：       最小中心和边厚4mm，最大18mm
优化最小RMS spot radius，最小色差
2. 基本参数设置

输入入瞳直径50mm

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入瞳设置

设置视场

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视场设置

设置波长

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波长设置

3. 双胶合透镜初始结构

双胶合透镜的两个透镜密解，所以由三个面组成，而且两块透镜的材料不一样。
材料的色散性质由Vd表示：

ZEMAX光学设计——双胶合消色差透镜设计-4.png

色散公式

Vd越小，色散越强，当Vd大于50称为低色散材料，常指冕牌玻璃（K），小于50表示强色散材料，指火石玻璃（F）。
双胶合消色差透镜的基本原理就是利用两种类型玻璃的色散属性，使得色散相互补偿，达到消色差的目的。
输入透镜参数

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lens data

在最后一面曲率半径上设置F/#求解类型

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设置求解类型

4. 设置变量及评价函数

Lens data上目前可优化的变量有两个曲率半径和三个厚度值，我们将这些变量都设置为变量，交由软件优化处理。
设置参数为变量

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设置变量

设置评价函数
根据设置要求：最小光斑半径，玻璃金额空气厚度限制，设置评价函数

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设置评价函数

5. 优化及像质评价

优化双胶合单透镜

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优化界面

查看优化效果
光路图：

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2D Layout

光斑图：

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Spot Diagrom

从光斑图中可以看出，大市场的像散和场曲比较明显。
光扇图：

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光扇图

我们依据前面减小单透镜场曲和像散的经验，可以在第一面前设置一个光阑，并将其厚度设置为变量再优化，
重新优化双胶合透镜
插入新光阑面，并设置厚度变量

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插入新光阑面

优化：

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优化界面

优化后：

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2D Layout

Spot Diagram

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Ray Fan

可以发现，系统的光斑确实变小了许多，但是不论是光斑图和光扇图，三种颜色多分开了，这种会导致色差，下一步工作的目的就是减小色差。
6. 玻璃优化——校正色差

从之前像散主导的像差变为了色差主导的像差，中间发生了什么呢？归根结底就是由于光阑的移动。我们将光阑从透镜面移动到了稍前的位置，比较好的校正了一系列的轴外像差（像散，场曲，慧差），但是却导致了色差和畸变的变大。
色差与光阑和材料有关，很明显光阑为了抑制轴外像差以及不好改变，只好通过改变透镜材料的方法来校正色差。
我们在初始结构中选用了BK7和F2两种玻璃，不一定是最佳材料组合，也可以让软件自动去寻找最佳的玻璃材料，这个过程就叫做玻璃的优化。
优化玻璃
在BK7和F2处设置玻璃的属性为Substitute，优化的时候不可以用局部优化local optimization的方法，因为玻璃优化时局部连续优化，需要采用锤形优化Hammer optimization。

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