Zemax学习笔记——实战案例之单镜头设计

单镜头参数：
F#：F/4
焦距：100mm
wavelength：808 nm
材料：BK7

第一步：设置初始参数

F# = f/d
得到入瞳d为25mm

单镜头焦距为100，所以初始结构设定为：

第二步：设定好结构后在Make Focal中查看当前有效焦距。

目前焦距未达目标要求，我们可以在上面的设置中直接将数值改为100，这样系统也会达到目的，但一般系统的设计是否达到要求并不仅仅只看这个，还需要考虑像差等因素，所以一般不会采用直接缩放这种方法。

第三步：查看像差图

有经验的工作者可以直接在lens data editors中修改面型参数，不过zemax就是帮助我们解决defocus问题的。

求解类型

Solves求解可以帮我们解决这个问题，它可以求解曲率，厚度，材料，半口径，二次曲面系数和其他参数等。

每一个求解类型都有不同的求解方法。如厚度的求解方法有：
[边缘光线高度] ( Marginal Ray Height )
[主光线高度] ( Chief Ray Height )
[边缘厚度] ( Edge Thickness )
[拾取] ( Pickup )
[光程差] ( Opical Path Difference )
[位置] ( Position )
[补偿器] ( Compensator )
[曲率中心] ( Center of Curvature )
[光瞳位置] ( Pupil Position )
[ZPL 宏] ( ZPL Macro )
（此资料来源于OpticStudio中文手册）

具体选择哪种方法看具体情况，在本案例中考虑的是Focus Length且聚焦在光轴某一点上。

所以选择边缘光线高度求解，是点光源发出的光线完美聚焦在某一点。

将表面3的厚度设置为边缘高度求解类型，得到的结果图为：

所以可以看出单纯改变探测面位置是达不到设计要求的。

这里就可以用到Zemax的优化功能了，通过设置变量和评价函数方式来优化光学系统。

在这里可以改变的值有透镜曲率，探测面距离，透镜厚度等。这里选择改变透镜焦距和探测面距离。

接着编写评价函数。评价函数的作用是给设计的光学系统定义一个标准，如此例子中的焦距为100mm，然后Zemax会不停的改变之前设定的变量的值，让当前的焦距值与你设定的焦距值之差最小。

这里在默认的评价函数之上添加限制焦距的操作数即可。

默认评价函数的使用请看之前的博文，有简要的说明。

执行优化看一下效果：

尽管已经经过优化，但观察像差图：

像差仍然很大，在数值孔径越大，像差必然越大。单透镜很难实现大数值孔径的优化。

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