大学毕业论文模板：Zemax成像系统优化案例【含实验验证】

2026-04-16 张柯论文指导

做光学设计这些年，Zemax几乎成了我“不可或缺的老搭档”。
无论是透镜优化、像差校正，还是后期系统公差分析，它总能让我在复杂的光学系统中找到平衡点。

刚开始接触Zemax时，我只是用它做一些简单的成像系统设计，比如单透镜聚焦或者两片透镜的像差校正。那时候我最大的困惑是――为什么同样的参数，结果差距会这么大？后来才发现，真正的关键在于“约束条件的设置”和“优化目标的物理意义”。

前段时间我参与了一个用于工业检测的成像系统项目，要求在有限空间内实现高分辨率成像，而且镜头中心到传感器的距离不能超过 45 mm。
这是典型的小型化+高性能的矛盾需求。

我采用了 Zemax OpticStudio 的Sequential模式进行设计。
从基础的双胶合透镜开始，通过Aberration Coefficients快速判断主像差贡献，然后在Merit Function里增加F-Number、MTF、Field Curvature等约束项。

在系统优化阶段，我充分利用了Zemax的自动优化+局部手动微调的组合策略――
先用Hammer优化器全局搜索，再针对残余像差手动微调几片镜的曲率半径与间距。

整个过程最有成就感的瞬间，是当优化结果中，MTF在空间频率50 lp/mm下仍保持在0.45以上，几乎达到了理论极限。

最终系统打样后，我们用标准分辨率靶进行测试。
测试结果与Zemax模拟的成像性能误差不到5%，这在小型系统里是非常难得的。
尤其在边缘像场，像差控制非常理想，这得益于前期对场曲与畸变的充分权衡。

在Zemax里做设计，有几个心得特别值得分享：

很多朋友在学Zemax时，常常卡在“参数太多，不知从哪下手”。
我的建议是――别一开始就追求复杂系统。
先从单透镜、双胶合、Cooke三片式这些经典结构开始做，边做边理解像差补偿逻辑。

我目前整理了几个典型项目，包括：

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