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简介
这是一个zemax安装教程培训PPT（部分ppt内容已做更新升级），主要介绍了系统General data设置、视场和波长的设置、建立surface data、为F/#添加Solve、建立优化函数等内容。培训是给新员工或现有员工传授其完成本职工作所必需的正确思维认知、基本知识和技能的过程。是一种有组织的知识传递、技能传递、标准传递、信息传递、管理训诫行为。其中以技能传递为主，侧重上岗前进行。为了达到统一的科学技术规范、标准化作业，通过目标规划设定知识和信息传递、技能熟练演练、作业达成评测、结果交流公告等现代信息化的流程，让员工通过一定的教育训练技术手段，达到预期的水平，提高目标。目前国内培训以技能传递为主，时间在侧重上岗前。
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ZEMAX培训教程 ---双胶镜头设计练习
吴新民
Support@infotek.com.tw
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。
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
设计过程
定义系统的孔径
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
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。
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。
第三步：建立surface data
建立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。
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。
第五步：建立优化函数
打开Editor>>Merit 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。
第六步：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：
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。
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。
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。
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。
Model 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当的玻璃，
(5)再优化。有时候更好，有时候不好。
优化结果
玻璃分别为：PSK54和KZFSN5。
Glass 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。
Glass 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Tools>>glass 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。
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。
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