zemax笔记13——热分析

实际系统会随着环境温度或压强的变化而变化，需要注意的地方有：

• 光学材料折射率
• 空气折射率
• 光学材料热胀冷缩
• 机械结构热胀冷缩

在设计系统的时候就要考虑到环境的影响。

系统所在环境温度固定时

在zemax中可以直接设置系统所处的环境温度和压强，zemax会根据材料库中的数据自动计算出各材料在所设置环境下对应的折射率、厚度等数据。
zemax中环境设置：general -> environment:

环境设置

系统所处环境温度变化时

要同时考虑不同温度下的系统成像质量。

• 设置基本参数

以前面所设计的双胶合透镜为例：

双胶合透镜

打开多重结构编辑器：
editors -> multi-configuration
打开热分析（设置3组不同温度）：
tools -> make thermal :

热分析

虽然我们设置了从60-100度的3组温度，软件还是会给出20摄氏度、标准大气压下的数据：

Paste_Image.png

孔阑到镜头，镜头到像面的距离是受外部机械结构影响的，所以填入相应的膨胀系数（23.6）：

Paste_Image.png

膨胀系数

此时打开离散斑等分析工具，通过Ctrl+A在不同结构间切换可以看到不同结构对应的结果。最后切换回第一个结构，否则无法设置变量。

• 设置评价函数及变量

默认评价函数选 （均方根）RMS、离散斑（spot radius），去掉玻璃、空气厚度限制（优化厚度比较费时，所以不对其优化）。

使用effl操作数限制系统焦距：

焦距设置

将系统3个曲率和后焦距设为变量：

设置变量

进行优化即可。

• 优化镜头材料
  优化镜头材料时需将材料设置为替换（ substitute），多重结构的材料设置需要在多重结构编辑器中设置。

  
  
  

  材料替换

注意，本例中使用胶合结构，所以要控制两种材料的膨胀系数不能相差太大（小于2）：
在评论函数中使用 gtce 操作数获得膨胀系数，详细设置：

控制膨胀系数

Paste_Image.png

设置完成后使用垂心优化进行优化（hammer optimization）
一段时间后，评价值已经很小，可以停止查看下当前优化情况：

Paste_Image.png

analysis -> spot diagrams -> configuration matrix

多重结构离散斑分析

镜头数据

ctrl +A 在多种结构间切换。

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