Ansys Zemax | 如何对中间面进行优化

引言

在光学系统设计中，优化特定中间面的质量要求是实现理想光路汇聚的重要步骤。本文通过介绍如何利用默认评价函数工具和IMSF（Intermediate Surface Merit Function）操作数对任意面进行优化，特别是在不存在直接像面的情况下，针对具体典范案例如狙击镜系统，探讨了OpticStudio软件中的IMSF操作数应用方法。通过详尽的步骤指导，配以实例分析，展示了如何灵活使用IMSF操作数和预设评价函数工具，进而优化光学系统性能，以达到更佳的成像质量、最小化角光斑尺寸等关键目标。

IMSF操作数的理论与操作详解

在评价函数编辑器内，优化精灵（Optimization Wizard）根据当前形成的像面参数自动生成优化目标。对于特定的任务，如最小化RMS光斑半径（RMS Spot Radius）以提升成像质量，这通常对应于实际系统设计的像面。但在需要重点优化某一非传统像面时，引入IMSF操作数成为可能，从而允许在特定层级进行额外优化，专注于特定像面的质量改善。

范例优化流程与步骤

以理论指导实践，具体说明了如何在OpticStudio中使用预设的评价函数（默认评价函数工具）和IMSF操作数实现对特定面的精细化优化。以优化第3面（Surface 3）的最小RMS光斑尺寸，并在第6面（形象上对应的像面）实现最佳准直度为例，给出了IMSF操作数在优化过程中的关键应用步骤：




1. 启动优化精灵：选择优化工具栏中的Optimization Wizard，开启优化流程。

2. 设置优化目标：以最小化RMS光斑半径为目标，通过在Default Merit Function Start区域增加一个IMSF操作数字段，指定优化对象为Surface 3，借此关注此特定阶段的成像质量。

3. 配置系统级优化变量：选择Surface 2和5的曲率半径（Radius）以及Surface 2的圆锥系数（Conic）作为优化的变量集，确保这些参数影响特定区域的光路汇聚效果。

4. 定制像面定位：设定最终像面（Surface 6）以达到最佳准直度，尽管优化重点在于Surface 3。

注意事项与优化策略

在利用IMSF操作数进行针对性优化时，需关注特殊情形，如系统几何情况变化可能对光栏类型的影响以及在启动新像面时系统默认行为的修改。一丝不苟地遵循以下指南，可以帮助设计者更好地管理和调整优化参数：

视场定义的动态调整：考虑到不同长度系统中，原始视场定义可能需要转换，包括从真实像高或近轴像高转为角度定义。

光栏位置和类型的变化：当新像面置于光栏前方时，系统会移至虚拟平面的光栏，其类型将重设，需确保优化策略与选择的光圈类型相匹配。

系统多重组态的考虑：使用Make Conjugate功能重新调整系统模型中的对象、光栏和像面配置，以适应不同设计需求，增强优化灵活性。