作者：水木社区光学版
2024年10月2日
设计要求：
入瞳直径：50 mm
焦数：8
波长：可见光
边界限制：最小中心和边缘厚度：4mm，最大18 mm
优化目标：最小 RMS Spot Radius，最小色差
打开Zemax OpticStudio 19.4，新建一个文件。
一、左边“系统选项”窗口，
1. “系统孔径”，将“孔径值”(Entrance Pupil Diameter)从 0 改成 50
2. “视场”(Fie)，打开“视场数据编辑器”，插入2个新“视场值”，Y=0度，Y=3.5度和Y=5度
3.“波长”，默认值0.550um。将波长改为F，d，C(可见)
二、“镜头数据”窗口，英文“Lens Data Editor”
1. “像面”前“插入表面”，插入2个表面。
2. 光阑面，即第一个透镜面的材料处填入“BK7"，该行变成淡蓝色。Zemax中有材料的表面会默认变成 淡单色。第二个透镜面的材料处填入“F2”(可参见参考文献第243页)
3. 左击(2010年Zemax可能是右击)第二个透镜面的“曲率半径”，“求解类型”由 “固定“改为“F数”，数值改为“8”，这样就确定了透镜焦距为 400 mm，该面的曲率半径变为-248.016mm。
三、设置变量，评价函数和优化限制条件
1. 通过左击(2010年Zemax 可能是右击)和Ctrl+Z组合键，设置5个变量，分别是三个面的厚度，以及第一个面和第二个面的曲率半径(第三个面的曲率半径已在第二步第3小步中由焦数求解得出)。
2. 打开“评价函数编辑器”，点击绿色向右下的小图标，选择默认的优化评价函数，即 RMS Spot Radius。“评价函数编辑器”，“插入优化函数”，“插入”。
3.优化限制条件。“评价函数编辑器”，展开菜单“优化向导与操作数”，“优化向导”，“厚度边界”，最小取4，最大取18，边缘厚度取4。
4.“执行优化”，迭代选择“无限圈”，这个很重要。
四、优化
1.“执行优化”。评价函数从初始值大约17变成了0.991375094。
2. 3D视图下看3个视角下的光线聚焦良好。
3. 在“分析”，“光线迹点”，“标准点阵图”下看，在0度，3.5度和5度下，3个 RMS 值分别为 60.649，83.571 和166.948 微米；另一次运行，0度，3.5度和5度下，3个RMS值分别约为82，80和151微米。
五、改变光阑位置和光阑厚度进一步优化
1. 改变光阑位置，进一步优化。在透镜第一个面前面插入一个新的面，点击“表面”下拉菜单，勾选“使此表面为光阑”。
2. 通过左击(2010年Zemax可能是右击)和Ctrl+Z组合键，将光阑厚度作为优化项。
4.“执行优化”，评价函数变成了0.30874。
5. 在“分析”，“光线迹点”，“标准点阵图”下看，在0度，3.5度和5度下，3个RMS值分别为大约15，60和91微米。
六、改变玻璃材料进一步优化
1. 在 BK7 和F2处左击(2010年Zemax可能是右击)，“求解类型”改为“替代”。
2. 选择“锤形优化”，英文为“Hammer Optimization”。“执行优化”，评价函数从0.30874变成了 0.177。
3.在“分析”，“光线迹点”，“标准点阵图”下看，在0度，3.5度和5度下，3个RMS值分别为大约16，22和37微米。
七、提示
1. “执行优化”时，迭代注意选择“无限圈”。
进一步阅读资料：
1. 林晓阳 编著，ZEMAX 光学设计超级学习手册，人民邮电出版社，2014 年 4月第一版，240-249页
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附件(127.3KB) 使用Zemax_OpticsStudio_19.4_中文版设计一个双胶合透镜.pdf