本文使用CAXCAD设计一款三片式的库克镜头，主要通过本例展示自动优化的功能。CAXCAD特有的MTF控制的方法的实现非常方便。CAXCAD多线程运算的加入，也将会极大提升优化速度和性能。

初始结构的建立

除了第一面，其他曲率都为初始值，像面距离设置为变量。三片镜头近乎从平板开始优化。

建立评价函数

建立评价函数，控制几何光斑，这里我们采用Spot Radius + Centroid的组合。

插入焦距控制，目标为50mm。

自动构建的评价函数。

优化几何光斑。

评价函数显著下降，并且找到了符合要求的结构。

再次进行优化，评价函数达到局部最小。

此时可以评估一下点列图。

MTF 的效果，也获得提升，并且可以开始进行MTF的目标优化。MTF的优化建立在具有较好的可以有效评估的基础上。

建立MTF 的优化目标。

MTF 的评价函数。

优化时间1分钟左右。

MTF 效果明显提升，符合我们的目标。

最终的结构。

本文展示如何使用CAXCAD设计一个单透镜，作为一个非常经典的单透镜设计实例，初学者可以进行多次练习，以获得更深入的认识。这个实例中的最后一步，我们采用二次非球面的变量进行了优化。

构建初始结构

在系统数据中输入入瞳直径

请注意LDE 的表格里对应的半口径会立刻发生变化

输入初始的结构数据，包括曲率半径，厚度和材料。

请注意在镜片的前方，我使用了30mm的空气距离，用于展示镜头前的入射光束。

如果仅展示光束，需要将这面的半口径设置为0。

镜头的L3D 显示

像面的距离，可以利用近轴的快速求解进行计算。

计算后我们可以得到近轴焦点95.5976mm,这里仅仅为您展示如何使用快速求解功能。

设置变量和评价函数

将两个曲率半径和像距离设置为变量，变量以V字符作为标记。

打开CAXCAD 的自动优化工具，一键插入光斑目标

插入焦距控制目标

下面是自动构建的评价函数，所有的目标和权重都已经设置完成

自动优化，评价函数显著下降

表面参数优化的结果

外观图

点列图

将第二个面conic设置为变量

自动优化

并且采用多个优化的方式，评价函数获得最优结果

参数结果

此时光斑已经为理论最小

双胶合透镜在光学系统中的应用非常普遍，尤其是针对成像系统，既能够很好地校正球差，又可以消除色差。

本文介绍的例子，是在单透镜的基础上添加一片对应不同参数的玻璃进行，在添加波长并且重新应用CAXCAD 的自动优化构建评价函数后，球差和色差都获得了较好的矫正。

初始结构

我们在单透镜的基础上构建初始结构

单透镜两个球面无法有效消除球差，所以即使针对单波长，点列图也要有40多微米

修改结构

加入一个新的面，并且定义厚度和材料

这里材料的选择采用或K和F组合的形式，因为这两种材料的匹配能够有效的矫正色差，当然我们还需要增加波长。

更新可见光的F D C 波长

在L3D 的显示中，可以看到不同的颜色，以及后端产生的色差

点列图的尺寸不仅显示了球差，而且还显示了色差，整体都需要进一步矫正

评价函数

在原有的评价函数中，只有单波长优化的目标

CAXCAD 的自动设计模块中，默认就是针对全波长范围

自动构建评价函数后，可以看到针对所有的波长，都设定了目标

自动优化

自动优化，评价函数显著下降

优化的结果非常不错，点列图达到了3微米左右，这说明球差获得了很好的矫正

外形图如下，最终的设计还可以根据这个外观，尤其是检查玻璃的中心和边界厚度来进行修正。

另外，本例中需要强调的是，色差获得了非常好的优化，因为在Ray Fan中可以看到曲线多波峰多波谷交错的结果。

总结

本例针对双胶合的镜头进行了优化，采用F K 材料组合的形式，有效的矫正了色差。CAXCAD 提供了功能强大的自动优化功能，可以无需手动输入操作数，即可构建高效的评价函数。另外Ray Fan 是一个很好的评价色差的工具，并且曲线多峰谷的分布将是期待的结果。

牛顿望远镜是利用抛物面反射镜进行设计的经典实例。这个例子中的重点是反射镜和坐标断点的使用，引入了两个反射镜和两组坐标断点。

定义入瞳直径

定义1M的距离?

L3D 显示

定义反射镜

定义反射面的曲率半径

查看几何光斑

定义抛物面

光斑为理想的点

检查MTF

定义第二反射镜

反射空间折射率将会负值

在这个距离上，我们希望将光束反射出来

定义反射镜

光线发生反射

加入坐标断点面

定义旋转角度

后面的面，包括像面都被旋转

第二坐标断点跟随后，光束正常

我们还可以在CAXCAD 定义遮光

定义孔径遮光

光束被遮住的情况

三维旋转查看

衍射光栅器件，是在光学表面刻蚀指定的条纹，光线穿过时会产生衍射效应从而达到控制光束位置的作用。

这种期间在光路中使用的非常普遍。

本例讲述衍射光栅的使用，以及如何使用多重结构查看和优化不同级次的光束位置。

建立初始结构

输入入瞳直径

定义衍射光栅面型

透镜数据管理器的面型数据

衍射光栅面的参数

L3D 初始结构

给定一个0.5的光栅常数

L3D 中查看第一阶的光束效果

在多重结构中建立三个建构，并且调用光栅常数参数

更改多重结构数据，设定3个级别，如下所示

在L3D中以不同颜色显示所有结构

使用CAXCAD 的Automatic Design 工具构建评价函数的结构信息

使用CAXCAD 的Automatic Design 工具构建评价函数的光束控制 MF-REAY Real ray y-coordinate

构建好的评价函数

因为是对称结构，因此我们只设定第三阶次的目标

将光栅常数作为变量

使用CAXCAD 的优化工具进行自动优化，我们用了大约0.016秒的优化时间

优化后查看L3D 的光束外观

优化后的光栅创术为0.79342 lines/um

优化后的评价函数完美符合目标

总结

本例为大家展示了衍射光栅在CAXCAD 的使用和优化

衍射光栅中最重要参数就是光栅常数

通过CAXCAD 的多重结构来设定不同阶次的衍射光束

利用优化工具，可以优化不同阶次的光束目标，本例展示了光束位置的控制。