本节给出一个激光扫描物镜的优化设计实例。此例中，先用自行构造的评价函数优化设计好激光扫描物镜。在优化设计过程中，逐步分析像差状况，逐步调整评价函数的构造，逐步优化，从而得到一个好的结果。另外，还利用程序提供的默认评价函数完成这个激光扫描物镜的优化设计。

设计任务是对一个已有的激光扫描物镜方案进行改动，将其焦距由原先的f′=116mm放大至f′=160mm，并对镜片厚度提出限制要求，以达到预设的像质要求。

1.已有的激光扫描镜头结构及其工作状况

物距l=-∞，全视场2ω=40°，入瞳直径ϕ=16mm，工作波长λ=10.6μm（CO₂激光）。初始结构参数见表2-15。

表2-15 激光扫描物镜初始结构参数

2.对新设计的要求

1）物距l=-∞，焦距f′=160mm，全视场2ω=40°，入瞳直径ϕ=16mm，工作波长λ=10.6μm（CO₂激光）。

2）第一片镜片的厚度d₂=5.4mm，第二片镜片的厚度d₄=6mm。

3）全视场内弥散圆半径小于0.02mm。

4）以y′=f′ω作为理想像高的校准畸变（Calibrated Distortion）小于0.01%。

3.在ZEMAX程序主窗口中完成初始数据输入的过程和路径

1）Gen→Aperture→Aperture Type（Entrance Pupil Diameter）→Aperture Value（16）→OK。

2）Fie→Type（Angle）→Field Normalization（Radial）→Use→1（√）→Y Field（20）→Weight（1）；

Use→2（√）→Y Field（14）→Weight（1）；(www.daowen.com)

Use→3（√）→Y Field（0）→Weight（1）→OK。

3）Wav→Use→1（√）→Wavelength（10.6）→Weight（1）→Primary（1）→OK。

上述路径中，括号中的内容就是括号前所示项目需要选择或需要填写的内容。例如1）中Aperture Type项选择了Entrance Pupil Diameter，即选择“入瞳直径”；又如2）中“Use”后有关“YField”的内容输入了三遍，分别是20°、14°和0°，即第一视场是20°，第二视场是14°，第三视场是0°。

4）焦距缩放的路径是：Tools→Miscellaneous→Scale Lens→Scale By Factor。其中，f₀′是表2-15所列初始结构的焦距。

5）随着焦距的缩放，入瞳直径也随之缩放，应将它改回来，路径如下：Gen→Aperture→Aperture Type（Entrance Pupil Diameter）→Aperture Value（16）→OK。

6）当将两块透镜的厚度按设计要求分别改为5.4mm和6mm后，镜头焦距会改变，用最后一个折射面的半径保证焦距，操作路径如下：

用鼠标右键单击第五面半径数据旁的方块→Solve Type（Marginal Ray Angle）→Angle（-0.05）→OK。

在计算机上在线完成了上述数据输入后，得到初始结构参数见表2-16，得到初始结构的像差曲线如图2-48所示，点列图如图2-49所示。

表2-16 焦距f′=160mm激光扫描物镜初始结构参数

图2-48 焦距f′=160mm激光扫描物镜初始结构的像差曲线

图2-49 焦距f′=160mm激光扫描物镜初始结构的点列图