[已解决]zemax聚焦透镜优化，得到更小的焦斑

南栀123

请教一下大家，设计一个聚焦透镜，想要更小的焦斑，采用评价函数点列图优化，优化后效果为什么变差了？最外圈光线超出了艾里斑大小，是哪里设置错了吗？探测器这里是设置成边缘光线高度吗？针对于光斑大小的优化一般采用什么评价参数呢？

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哈哈大笑

2023-10-7 16:58

就我个人而言，做一个聚焦透镜我会首先算出他的焦距，并以点列图和effl操作数构建评价函数。
先给一个大致的后截距和非球面的曲率半径及透镜厚度和常见材料。
然后只把曲率半径设变量优化，优化不动了再把透镜厚度设变量继续优化，优化不动了再把圆锥系数设变量，一般这时候就差不多可以了，如果还不够就加上四阶项变量。
个人而言不推荐一次性设置太多的变量，容易跑进一堆稀奇古怪的局部极小值里去。
正常聚焦应该平凸的非球面透镜就完全足够了。

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匍匐前进

好奇怪啊，我没看懂。你2面是非球面，怎么没有3面？
在2面后边加入一个面，到像面的距离也设为变量
圆锥系数设为变量，4、6两项设为变量，应该就足够了

南栀123

匍匐前进 发表于 2023-10-6 21:36
好奇怪啊，我没看懂。你2面是非球面，怎么没有3面？
在2面后边加入一个面，到像面的距离也设为变量
圆锥 ...

好的谢谢您，我的1面和2面设置成了非球面 ，为什么要在2面后面再插入一个面呢？

匍匐前进

南栀123 发表于 2023-10-6 21:57
好的谢谢您，我的1面和2面设置成了非球面 ，为什么要在2面后面再插入一个面呢？

你这问题太多了，建议你找找光学设计的书学一学。你优化偶次非球面，和球面镜的区别是优化变量多了圆锥系数、2次项、4次项、6次项、8次项、10次项。优化时一般将圆锥系数、除2次项外的其他项加入进去进行优化。

movingonkjb

一句话说不清，目前看来你的优化是无明确目的以及不受控制的乱跑（各种参数要求都没有），建议你看看zemax自带说明书，带着目的优化

哈哈大笑

就我个人而言，做一个聚焦透镜我会首先算出他的焦距，并以点列图和effl操作数构建评价函数。
先给一个大致的后截距和非球面的曲率半径及透镜厚度和常见材料。
然后只把曲率半径设变量优化，优化不动了再把透镜厚度设变量继续优化，优化不动了再把圆锥系数设变量，一般这时候就差不多可以了，如果还不够就加上四阶项变量。
个人而言不推荐一次性设置太多的变量，容易跑进一堆稀奇古怪的局部极小值里去。
正常聚焦应该平凸的非球面透镜就完全足够了。

南栀123

匍匐前进 发表于 2023-10-7 16:05
你这问题太多了，建议你找找光学设计的书学一学。你优化偶次非球面，和球面镜的区别是优化变量多了圆锥系 ...

好的，谢谢！

南栀123

movingonkjb 发表于 2023-10-7 16:51
一句话说不清，目前看来你的优化是无明确目的以及不受控制的乱跑（各种参数要求都没有），建议你看看zemax ...

好的，谢谢！

南栀123

哈哈大笑 发表于 2023-10-7 16:58
就我个人而言，做一个聚焦透镜我会首先算出他的焦距，并以点列图和effl操作数构建评价函数。
先给一个大致 ...

再请教一下，优化之后评价函数变为0说明了什么呢？变为0之后最外圈的光斑就变得特别大了，是不是就错了

哈哈大笑

我自己来举个例子，我现在要做一个effl为65mm，波长1.55μm，入瞳为60mm的平凸非球面，然后我把后截距手动设置一个55mm，透镜厚度设置为18mm，（这二者相加必须大于焦距，平凸透镜的性质使然）。然后只把曲率半径设为变量开始优化。

评价函数如图，点列图质心，20环12臂(追迹的光线多，像你那种有一圈在外面就可以试试设置高环臂)。

第一步优化结果，然后把圆锥系数设变量。

第二步优化结果：这时候已经看起来还行了，接下来把四阶项设变量。

第三步优化结果，接下来把厚度设变量。

第四步优化结果，这个时候他的rms已经低于一个艾里斑了，也就是说光斑接近衍射极限，继续可以把6阶项设变量。

第五步优化结果，6阶项设变量后结果已经明显低于衍射极限，一般来说可以不用继续优化了。

因为衍射原因，焦斑不可能小于艾里斑，如果你希望他的geo和rms半径更小，可以进行一下锤形优化，突破一下极小值。这是锤完的结果。

到这里基本就结束了，如果还希望继续降低rms这些东西，个人建议继续加高阶项。