做镜头设计时，有时只是把镜片厚度改了一点，光斑就散开了；也有时连续运行几次优化，参数几乎没动。碰到这些情况，不必马上换算法或重新建模。半径和厚度填在哪一行、像面距离有没有留出调整空间、评价函数里写了哪些要求，都值得回头核对。Zemax的参数彼此有关联，一处设置没对上，后面的计算就可能一直偏离预期。

　　一、Zemax怎么设置镜头参数

　　已有镜头数据可以直接录入，但尺寸之外的使用条件也要填写完整。照着另一份文件抄参数时，尤其要留意单位、孔径和工作波长。

　　1、把系统条件填完整

　　同样一组镜片，用于不同视场和波段，成像表现会有差别。系统条件应来自设计要求，不宜一直保留新文件中的默认设置。

　　①点击【设置】→【系统选项】，进入【单位】，核对【镜头单位】。

　　②进入【系统孔径】，按设计要求选择【孔径类型】；采用入瞳直径定义孔径时，选择【入瞳直径】，填写【孔径值】。

　　③进入【视场】，打开【视场数据编辑器】，选择视场类型，填写各视场的【X】、【Y】及【权重】。

　　④进入【波长】，输入工作波长、权重，指定主波长。以550纳米为例，波长栏填写0.55。

　　2、按表面顺序录入镜片数据

　　①在【镜头数据编辑器】中核对物面、透镜表面和像面的排列，确认光阑所在表面。

　　②在各面的【曲率半径】中输入对应数值，核对正负号。

　　③在透镜前表面的【厚度】中输入中心厚度，在【材料】中填写实际玻璃牌号，例如【N-BK7】。

　　④在透镜后表面的【厚度】中填写到下一面的距离；下一面为像面时，填写像面距离。

　　⑤检查各段空气间隔的【材料】，清除误填的玻璃牌号。

　　这里容易填错的是厚度所在的行。它表示当前面到下一面的距离，单片透镜前表面那一行填写玻璃厚度，后表面那一行通常填写空气距离。材料也按这段空间填写，不能前后两面都照填同一种玻璃。

　　3、选出允许调整的参数

　　能编辑的数值，不一定都适合交给优化器调整。已有实物镜片的曲率、固定安装位置等条件，应按项目要求保留。

　　①点击【曲率半径】或【厚度】单元格右侧的求解框，将允许调整的项目设为【变量】，检查旁边的【V】标记。

　　②点击【优化】→【评价函数编辑器】，进入【优化向导与操作数】→【优化向导】。

　　③以光斑聚集程度为目标时，选择【RMS】、【点列图】、【质心】，填写玻璃及空气厚度边界，确认生成。

　　④有有效焦距要求时，添加【EFFL】，填写对应波长序号、【目标】及正数【权重】。

　　二、Zemax镜头参数优化失败怎么办

　　先分清是无法开始计算，还是计算后没有得到所需结果。这两类问题的处理方向不同，反复点击开始往往只是重复同一次尝试。

　　1、开始就报错，找到不能计算的那一行

　　①打开【评价函数编辑器】，点击【更新】，记录报错中的操作数和表面编号。

　　②回到【镜头数据编辑器】，核对相关表面的【曲率半径】、【厚度】、【材料】。

　　③如果报错来自自定义操作数，检查它填写的表面编号、波长序号和光线坐标，修正后再次点击【更新】。

　　光线没有到达指定表面，或在折射处发生全反射，相关操作数就可能算不出来。初始系统连评价函数都无法计算时，优化也无法开始，不宜靠删除报错行直接继续。

　　2、运行了，但参数几乎没变化

　　有些参数虽然打算用于优化，实际仍处于固定状态。另一些参数由求解关系控制，也不能当作独立变量随意调整。

　　①在【镜头数据编辑器】中检查预定参数旁是否有【V】标记，打开求解框核对当前类型。

　　②将允许独立调整的项目设为【变量】，保留必要的关联求解，再点击【优化】→【执行优化】→【开始】。

　　3、焦距或尺寸偏离要求，检查目标有没有写进去

　　①在【评价函数编辑器】中找到焦距和结构约束对应的操作数，核对【目标】与【权重】。

　　②对照设计要求，补充遗漏的【EFFL】或厚度边界操作数，检查其参数所对应的波长和表面范围。

　　③点击【更新】，比较相关操作数的【值】与【目标】，再执行优化。

　　只用点列图建立评价函数，软件主要处理的是所选像质目标。焦距、玻璃厚度和空气间隔如果没有受到约束，就可能跟着变化。权重为零的操作数仍可用于观察数值，但不会按普通目标参与优化。

　　4、中心厚度正常，镜片边缘却太薄

　　弯曲表面的镜片，中心厚度合适，边缘仍可能达不到加工要求。优化后出现这种情况，要单独核对边缘厚度约束。

　　①打开【优化向导】，检查玻璃的中心厚度边界与边缘厚度要求。

　　②在【评价函数编辑器】中核对生成的约束是否覆盖对应透镜，修正遗漏后重新优化。

　　5、重复优化，结果总停在差不多的位置

　　①点击【文件】→【另存为】，保存当前设计。

　　②在副本的【镜头数据编辑器】中，调整一项允许变化的初始半径或间隔。

　　③打开【执行优化】，将【周期】设为【自动】，点击【开始】。

　　④保持评价函数不变，比较不同起始方案的结果。

　　局部优化与起始结构有关，停下来不代表所有可能的结构都已经试过。若几种起始方案都达不到要求，也要考虑镜片数量、材料和结构是否足以承担当前指标，不能只增加循环次数。

　　三、Zemax镜头参数调整后怎么比较方案

　　评价函数的数值可以帮助观察变化，但它没有包含的要求，还要另外核对。方案比较时，分析条件也不能跟着随意改变。

　　1、看看边缘视场有没有退步

　　①点击【分析】→【像质分析】→【光线迹点】→【标准点列图】。

　　②打开窗口的【设置】，核对视场、波长和图形比例，点击【更新】。

　　③对照优化前的文件，分别查看轴上和边缘视场的光斑，以及对应的均方根半径。

　　轴上光斑缩小，边缘光斑却变大，这种取舍在设计中可能出现。是否接受，要看镜头的用途和各视场要求。只截取一处表现较好的图，容易漏掉其他位置的问题。

　　2、把比较条件留在文件里

　　原文件被反复覆盖后，很难再确认某次修改到底有没有帮助。保留少量能说明变化的版本，比只保存一张结果图更方便复查。

　　①点击【文件】→【另存为】，分别保存初始方案和调整方案。

　　②重新打开两份文件，在【系统选项】中核对孔径、视场、波长，在【评价函数编辑器】中核对目标和权重。

　　总结

　　Zemax能把镜头参数的变化反映到计算结果中，也让设计方案之间有了更具体的比较依据。学习过程中，某次优化没有达到预期，并不算白做，参数之间的限制往往就是在这些尝试中逐渐看清的。熟悉软件操作需要练习，对镜头用途和加工条件的了解同样需要积累。希望这篇内容能帮到大家，让后续的设计工作少一些反复，也更方便与同事讨论方案。如果有Zemax产品选型、版本配置等方面的需求，欢迎联系咨询。