本文从已有的激光扫描镜头结构入手，使用缩放法对设计进行优化，达到设计要求。通过本次设计学习如何通过系统分析结果进行下一步优化，以及如何进行优化。

初始结构

焦距160、全视场 40°、入瞳直径 16mm、工作波长10.6μm（CO2激光）

设计要求

1、物距 -∞、焦距160、全视场40°、入瞳直径 16、工作波长 10.6μm；

2、第1片镜片厚度 5.4 mm，第2片镜片厚度 6 mm；

3、全视场内弥散圆半径小于0.02 mm；

4、理想像高的标准畸变小于0.01%

缩放焦距

1、将焦距缩放为160，随着焦距的缩放，入瞳直径也会随之缩放，记得将入瞳直径改为16；

2、并将两片透镜按照要求更改厚度；

3、利用最后一个折射面半径保证焦距，并取轴上点边缘光线交高为0的平面取像平面。

根据点列图和光扇图可以发现初始结构存在严重的慧差（光扇图一端靠近一端远离）。

自定义优化函数优化

优化慧差

优化后：

由点列图可知：优化后的弥散圆半径约为 100 μm；光扇图：系统存在像散。

优化像散

观察到优化后又出现了一些慧差，说明了慧差和像散需要同时进行优化。

像散和慧差同时优化

弥散圆半径还没有达到要求，另外关于扫描镜头的条件还没有考虑。

优化畸变

控制系统的畸变，使系统满足条件，优化后进行快速聚焦（调整像面前最后一个表面厚度，使RMS像差最小）：

优化畸变：一点一点减小畸变

1、将像距设置为变量，利用优化函数优化，随后自动聚焦；

2、在1的结果中，像距不再作为变量，再一次进行优化，随后自动聚焦

利用Zemax默认优化函数优化

默认的评价函数有两种类型：一种是弥散圆半径型式（TRAC），另一种是波像差型式（OPDC）。

使用默认的初始评价函数进行第一步简单优化：

第二步优化：除前三个折射面半径为变量；将光阑距和两片镜片之间的空气间隔设置为变量；此外，在像面前设置一个虚拟面，前后都是空气，半径无穷大，到最后一个折射面的距离设为第一步优化后的像距，到像面距离初设为0，并选为变量（选择离焦量作为变量）。

评价函数设置：

优化后：

补充知识：

Zemax实现自动离焦的几种方法：

1、使用快速离焦（根据所选的评价参数，调整后焦，比如点列图均方根误差）

2、在最后一面前添加一个平面，厚度设为变量与之前变量一起参与优化（通过优化获得后焦）；

3、在最后一面添加一个平面，厚度设为变量，把之前变量取消，单独优化新添加的表面厚度。

优化思路：

刚开始优化的时候不要用SPHA，COMA，LACL等初级像差优化操作数，一开始可以只控制畸变，畸变用DIMX来控制（一点一点降低，不要一下子给它勒到最小值），前期不要加那么多的操作数，还是以默认评价函数为主，优化过程中可能会使结构不合理，需要加一些限制结构的操作数，比如厚度控制，厚薄比控制、反曲等等，还有操作数的权重要小一点，比如0.1，可以通过将实际值乘以10，100，1000……来增加操作数的贡献值，当点列图降到差不多10的时候，再一点点继续降低畸变，色差（根据色差的定义用组合操作数来控制）。换材料的时候锤不动了可以手动换，不要一次全换，先将一片的材料设置为变量，优化，看看折射率和阿贝数往大了走还是小了走，再根据光学玻璃Nd-Vd曲线，选择相应的材料，手动输入替换。

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