system-setup-by-type

name	system-setup-by-type
description	根据光学系统类型动态确定正确的 Zemax 设置参数（孔径类型/视场类型/评价函数操作数/关键约束）。Use when: 开始任何新的光学设计任务时，或需要确定孔径、视场、MF 操作数的正确配置时。关键词: 系统参数设置、孔径类型、视场类型、评价函数、远摄、显微、望远、投影、准直、扩束、f-θ、柯克、双高斯。
argument-hint	描述你要设计的光学系统类型（如"航拍物镜"、"显微物镜 NA=0.4"、"激光准直镜"等）

光学系统参数设置指南（动态版）

使用本 Skill 的流程

第一步：根据用户描述，识别系统类型（见下文分类表）。 第二步：按该类型的配置表设置孔径、视场、波长、评价函数操作数。 第三步：如遇多种特征混合（如"远摄+变焦"），取各自最高优先级配置合并。

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系统类型识别关键词

系统类型	关键词/特征
普通相机/航拍物镜（无穷远物）	相机、航拍、物镜、无穷远、F数、像高 y'
远摄物镜 (Telephoto)	远摄、TP、远摄比 γ<1、前后组、压缩总长
反远摄物镜 (Retrofocus)	反远摄、广角、κ>1、BFL>f'、鱼眼
显微物镜 (Microscope)	显微、物镜 NA、有限共轭、放大率β、物距有限
望远物镜 (Telescope)	望远、开普勒、伽利略、物镜+目镜、角放大率
准直镜 (Collimator)	准直、平行光输出、点光源→平行、激光准直
投影物镜 (Projection)	投影、SLM、LCD、DLP、有限共轭、像方远心
f-θ 扫描物镜	f-θ、扫描、振镜、激光打标、平场扫描
激光扩束镜 (Beam Expander)	扩束、扩束比、高斯光束、开普勒/伽利略扩束
柯克/天塞物镜 (Cooke/Tessar)	柯克、CK、天塞、三片、三组
双高斯物镜 (Double Gauss)	双高斯、DG、大孔径、大视场、6片
变焦镜头 (Zoom)	变焦、多重结构、焦距可变、变倍比

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各类系统完整配置

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1. 普通相机物镜 / 航拍物镜（无穷远物，有限像高）

典型指标：f=501000mm，F/210，y'=4~22mm，无穷远物距

孔径：

# 选其一：
set_aperture("EntrancePupilDiameter", EPD)   # EPD = f / F#
set_aperture("ImageSpaceFNumber", F)

视场（用近轴像高，因为 y' 是像高规格）：

set_fields("ParaxialImageHeight", [
  {"x": 0, "y": 0},
  {"x": 0, "y": 0.7 * y_max},
  {"x": 0, "y": y_max}
])

波长：F/d/C 三色（可见光，消色差设计必须）

set_wavelengths(wavelengths=[
  {"value": 0.4861, "weight": 1},
  {"value": 0.5876, "weight": 1},
  {"value": 0.6563, "weight": 1}
])

物面：保持默认无穷远（OBJ thickness = infinity，无需修改）

评价函数关键操作数：

EFFL  target=f,   weight=5,  int1=2   # 锁定焦距（d光）
BFL   target=BFL, weight=0          # 监视后焦距（仅监视）
TOTR  target=T,   weight=1,  int1=1  # 总长约束（可选）
DIMX  target=3,   weight=0.1         # 畸变 <3%（可选）

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2. 远摄物镜 (Telephoto, γ<1)

典型指标：f=2501000mm，F/310，γ=0.65~0.85，前组正+后组负

孔径：同相机物镜，用 EPD 或 Image Space F/#

视场：

set_fields("ParaxialImageHeight", [...])  # 同普通物镜

波长：F/d/C 三色（同上）

评价函数关键操作数（远摄专用）：

EFFL  target=f,    weight=5,  int1=2        # 系统总焦距
EFLY  target=f1,   weight=3,  int1=1, int2=前组最后面  # 前组焦距
EFLY  target=f2,   weight=3,  int1=后组第一面, int2=后组最后面  # 后组焦距（负值）
DIVI  target=γ,    weight=10, int1=TOTR_row, int2=EFFL_row  # 远摄比 γ=T/f
TOTR  target=T,    weight=1,  int1=1        # 总长
CTGT  target=d_min, weight=1, int1=组间空气面  # 前后组间隔下限
CTLT  target=d_max, weight=1, int1=组间空气面  # 前后组间隔上限
MNCG  target=2,    weight=0.02, int1=1, int2=最后玻璃面  # 玻璃最小中心厚
MNEG  target=2,    weight=0.02, int1=1, int2=最后玻璃面  # 玻璃最小边缘厚
MXCG  target=18,   weight=0.02, int1=1, int2=最后玻璃面  # 玻璃最大中心厚
MXEG  target=18,   weight=0.02, int1=1, int2=最后玻璃面  # 玻璃最大边缘厚

前后组焦距计算公式（薄透镜近似，用于初始设计）： $$f_1' = \frac{\gamma f'}{2-\gamma}, \quad f_2' = -\frac{\gamma^2 f'}{4(1-\gamma)}$$

注意：DIVI 操作数需要引用已存在的 TOTR 和 EFFL 行号（Int1/Int2），须在它们添加后才能设置。

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3. 反远摄物镜 (Retrofocus, κ>1)

典型指标：广角/鱼眼，BFL > f'，前组负+后组正

孔径：

set_aperture("EntrancePupilDiameter", EPD)

视场：大视场，视场角方式（用 Angle 而不是像高）：

set_fields("Angle", [
  {"x": 0, "y": 0},
  {"x": 0, "y": 0.7 * ω_max},
  {"x": 0, "y": ω_max}
])

评价函数关键操作数：

EFFL  target=f,    weight=5
CTGT  target=BFL,  weight=1, int1=最后玻璃面  # BFL 下限（BFL/f > κ）
DIMX  target=3,    weight=0.1                  # 畸变约束（广角畸变大，酌情放宽）

注意：反远摄比 κ = BFL/f' > 1，需要用 CTGT 约束最后一面厚度（即 BFL）大于目标值。

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4. 显微物镜 (Microscope Objective)

核心特点：有限共轭物距、物方 NA 定义孔径、反向追迹（物在像面方向）

孔径（有限共轭用近轴工作 F/#）：

# NA' = n' * sin(u')，有限共轭时：
set_aperture("ObjectSpaceNA", NA)
# 或：F/# = 1/(2*NA)，用 ImageSpaceFNumber = 1/(2*NA)

物面设置（有限物距！必须修改第0面厚度）：

edit_surface(0, thickness=-L_object)  # 负值，物在镜前，如 -190mm
# L_object = f' * (1 - 1/β) * ... 见共轭距公式

共轭距公式：$f' = \frac{-\beta L}{(1-\beta)^2}$，三个量只给两个权重，一般给焦距和共轭距。

视场（用物高，因为规格给的是视场直径/物方）：

set_fields("ObjectHeight", [
  {"x": 0, "y": 0},
  {"x": 0, "y": 0.7 * y_object},
  {"x": 0, "y": y_object}
])

波长：可见光三色，或按应用（荧光显微需考虑特定波长）

评价函数关键操作数：

EFFL  target=f,   weight=5,  int1=2        # 焦距
TTHI  target=L,   weight=1,  int1=0, int2=最后面  # 共轭距 L（物到像）
ISNA  target=NA,  weight=3                  # 像方 NA 约束
PMAG  target=β,   weight=0                  # 监视放大率

评价函数类型：推荐用波前优化（Wavefront），显微物镜是小像差系统，波前优化更适合：

set_default_merit_function(data=0, ...)  # data=0 = Wavefront

光阑位置：光阑卡在第一个透镜表面（is_stop=True on surface 1），光阑厚度不释放为变量。

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4B. 完整显微镜系统 (Microscope + Eyepiece)

核心特点：显微物镜与目镜合成，既要保持物镜共轭距/工作距/NA，又要保持目镜焦距和总倍率。不能直接套普通显微物镜或普通相机物镜模板。

孔径（按讲义 6-3）：

set_aperture("ImageSpaceFNumber", 2.0)
set_ray_aiming(enabled=true, mode="Paraxial")

视场：完整目视显微镜通常按目镜视场角检查，例如 10x/20° 目镜可用：

set_fields("Angle", [
  {"x": 0, "y": 0},
  {"x": 0, "y": 14},
  {"x": 0, "y": 20}
])

讲义 6-3 评价函数骨架（行号必须用 build_operand_block 的 label/ref 自动解析，不手写）：

# MAGNIFICATION
REAR/REAY surface=intermediate_image_surface, wave=2, hy=1  # 物镜物高，监视
REAR/REAY surface=objective_image_surface,     wave=2, hy=1  # 物镜像高，监视
DIVI target=10, weight=0~0.1                                # 物镜倍率；讲义为监视，工程优化可低权重锁定
CONS target=250                                             # 明视距离
EFLY int1=eyepiece_first_surface, int2=eyepiece_last_surface, target=25, weight=0
DIVI target=10, weight=0                                    # 目镜倍率监视
PROD target=100, weight=0.1                                 # 总倍率

# SYSTEM TRACK / WORKING DISTANCE
TTHI int1=eyepiece_first_surface, int2=final_surface, target=231, weight>0
TTHI int1=objective_start_surface, int2=final_surface, target=195, weight=0.1
CTGT int1=last_objective_glass_surface, target=7, weight=0.1~1  # 工作距下限，不是精确等式

# THICKNESS BOUNDARY
MNCT/MNET/MNCG/MNEG/MXCG/MXEG 只约束物镜可变玻璃面段；排除成熟目镜和 0.17mm 盖玻片。

面号规则：讲义中的 9-14、15 等面号只对讲义示例成立。Agent 必须先用 get_system_info / layout / surface comments 确认当前文件的真实面号；例如插入目镜后，物镜玻璃面段可能变成 10-15，此时局部边界用 10-15 是合理的。

REAR 与 REAY 取舍：讲义说明两者均可。REAR 只控制径向高度，适合绝对倍率；若需要验证倒像方向或符号，应改用 REAY 并检查目标正负号。

SPT 到波前的切换：先用 RMS spot 默认块收敛几何和点列图；若 MTF/波前未达衍射极限，再保持上述几何块不变，把默认块改为 Wavefront，并用短轮次 DLS 探路。不得在几何约束未稳时直接长轮次波前优化。

通光/相对照度硬门槛：完整显微镜按 20° 目镜视场检查时，每轮像质验收前必须优先调用 get_relative_illumination_data()。若最大视场相对照度为 0、低于工程阈值、blocked_fields 非空或 drop_events 显示边缘照度骤降，SPT、点列图、MTF 均不可作为有效像质结果，应优先调用 get_vignetting_diagram_data() / get_ray_fan_data() 定位遮拦，并处理渐晕/光阑/孔径/Ray Aiming/视场设置。check_field_illumination() 只作为 RELI 操作数兜底，不能替代 Analysis 图窗结果。

MTF 验收：显微镜 MTF 优化与验收使用标准 MTFS/MTFT，并优先用 get_fft_mtf_vs_field(frequencies=[50,100,200,300]) 获取 Zemax Analysis 数据。临时 MFE 工具 get_mtf/get_mtf_curve 可用于快速复核；若工具、MFE、图窗之间不一致，先诊断参数和通光状态，不继续优化。

APO 判断：AXCL 只能说明近轴轴向色差，不能单独作为复消色差验收。APO 设计应结合三色多孔径 REAY/TRAY 差值约束、get_longitudinal_aberration_data()、get_lateral_color_data() 和边缘孔径球差检查。

畸变约束：显微镜可用 DIMX/DISC 监视畸变。早期优化不建议强压畸变，否则会和 NA、场曲、SPT 竞争；当 spot/NA 稳定后，若用途要求显微畸变 <1%，再以低权重加入。

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5. 望远物镜 (Telescope Objective)

核心特点：无穷远物，角度视场，用口径（EPD）定义

孔径：

set_aperture("EntrancePupilDiameter", D)  # 口径 D，如 50mm/100mm

视场（望远镜用角度，规格给的是全视场角 2ω）：

set_fields("Angle", [
  {"x": 0, "y": 0},
  {"x": 0, "y": 0.7 * ω_max},
  {"x": 0, "y": ω_max}
])

波长：F/d/C 三色

评价函数关键操作数：

EFFL  target=f,    weight=5,  int1=2   # 焦距
TOTR  target=T,    weight=0            # 监视总长
BFL   target=BFL,  weight=0            # 监视后焦距（需留空间放目镜）

注意：若设计完整双组望远镜（物镜+目镜），需要在目镜物面处添加视场光阑（中间实像面）。

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6. 准直镜 (Collimator) / 激光准直

核心特点：点光源→平行光输出（无穷远像），或平行光→聚焦到点

孔径：

set_aperture("EntrancePupilDiameter", D)

视场：单视场（轴上点），或小角度

set_fields("Angle", [{"x": 0, "y": 0}])
# 若激光单模则只需轴上视场

物面：有限物距（光源在焦面）：

edit_surface(0, thickness=-f)  # 物在焦点处，厚度 = -f'

波长：单色激光，按实际波长设置，如 1064nm：

set_wavelengths(wavelengths=[{"value": 1.064, "weight": 1}])

评价函数关键操作数：

EFFL  target=f,   weight=5
# 准直镜无像高约束，主要控制波前误差（OPD < λ/4）

评价函数类型：波前优化（小像差）：data=0

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7. 投影物镜 (Projection Lens)

核心特点：有限共轭，像方远心（出瞳在无穷远），反向追迹（SLM在物侧），偏置

孔径：

set_aperture("ImageSpaceFNumber", F)
# 或 EntrancePupilDiameter

物面（SLM 在物侧，有限物距）：

edit_surface(0, thickness=-L_throw)  # 投影距（投射距）

视场（物高，规格给 SLM 芯片尺寸）：

set_fields("ObjectHeight", [
  {"x": 0, "y": 0},
  {"x": 0, "y": 0.7 * y_slm},
  {"x": 0, "y": y_slm}
])
# 若有 offset（偏置），x=0 但 y 从非零开始：
set_fields("ObjectHeight", [
  {"x": 0, "y": y_slm * offset_ratio},          # 偏置下边界
  {"x": 0, "y": y_slm * (0.5 + offset_ratio)},
  {"x": 0, "y": y_slm * (1 + offset_ratio)}     # 偏置上边界
])

评价函数关键操作数：

EFFL  target=f,    weight=5
PMAG  target=β,    weight=3   # 放大率约束（如 -0.5 表示 2× 缩小投影）
TTHI  target=L,    weight=1, int1=0, int2=最后面  # 共轭距
DIMX  target=1,    weight=1   # 畸变 <1%（投影畸变要求严）

注意：像方远心需要确认出瞳在无穷远，可在 MFE 中添加 RANG 操作数检查主光线角度。

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8. f-θ 扫描物镜 (f-theta Scan Lens)

核心特点：负畸变满足 f-θ 条件（像高=f×θ），平场，无穷远物

孔径：

set_aperture("EntrancePupilDiameter", D_beam)  # 输入激光束径

视场（用角度，θ 是扫描角）：

set_fields("Angle", [
  {"x": 0, "y": 0},
  {"x": 0, "y": 0.7 * θ_max},
  {"x": 0, "y": θ_max}
])

波长：单色激光，按实际波长

评价函数关键操作数：

EFFL  target=f,    weight=5
DIMX  target=Δ,    weight=5   # 必须控制畸变！f-θ 需要负畸变满足线性关系
# f-θ 畸变目标值：Δ% = (θ/tan(θ) - 1) × 100，在最大扫描角处计算
# 例：θ_max=25°, tan(25°)=0.4663, θ_rad=0.4363 → Δ% = (0.4363/0.4663 - 1)×100 = -6.4%

注意：f-θ 物镜的畸变目标值是负的，需计算 $\Delta = (f\theta - f\tan\theta) / (f\tan\theta) \times 100%$。

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9. 激光扩束镜 (Beam Expander)

核心特点：无焦系统（afocal），输入/输出均为平行光，扩束比 = 出口直径/入口直径

孔径：

set_aperture("EntrancePupilDiameter", D_in)  # 输入光束直径

视场：单轴上视场（激光扩束不考虑视场）：

set_fields("Angle", [{"x": 0, "y": 0}])

物面：无穷远（默认）

波长：单色激光，按实际波长

系统模式：无焦系统，在 System → System Explorer → Afocal Image Space 中开启 Afocal Mode（若不支持 API，需手动操作）

评价函数关键操作数：

TTHI  target=d_total, weight=0    # 监视系统总长
# 用 ANAC（角度像差）代替 TRAC 进行波前优化
# 角度优化更适合无焦系统：
# set_default_merit_function(data=3 or 4)  # 角向优化

注意：无焦模式下评价函数应选角向优化（Angular Spot）而非 Spot Radius，API 中 data=4。

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10. 柯克三片 / 天塞物镜 (Cooke Triplet / Tessar)

核心特点：三片 +-+ 结构，光阑在中间负片，中等视场

孔径：EntrancePupilDiameter 或 ImageSpaceFNumber

视场：

set_fields("ParaxialImageHeight", [0, 0.7*y', y'])
# 或角度视场（若规格给的是视场角 ω）：
set_fields("Angle", [0, 0.7*ω, ω])

评价函数关键操作数：

EFFL  target=f,   weight=5
BFL   target=BFL, weight=1   # 后焦距约束（需大于最后透镜到像面距离）
DIMX  target=3,   weight=0.1

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11. 双高斯物镜 (Double Gauss)

核心特点：大孔径（F<2）、中偏大视场（2ω>60°），6片4组，光阑居中

孔径：大孔径，用 F# ：

set_aperture("ImageSpaceFNumber", F)  # 如 F=1.8

视场：

set_fields("ParaxialImageHeight", [0, 0.7*y', y'])

拦光控制：双高斯通常需要设置渐晕（vignetting）来限制大孔径斜光束像差，需要手动在 Field 设置 VDX/VDY（渐晕系数），API 无直接工具，需提示用户手动设置或跳过渐晕优化。

评价函数关键操作数：

EFFL  target=f,    weight=5
BFL   target=BFL,  weight=1   # 单反需要 BFL > 38mm（翻转镜空间）
DIMX  target=3,    weight=0.1

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12. 变焦镜头 (Zoom Lens)

核心特点：多重结构（Multi-Configuration），每个结构对应一个焦距状态

操作：变焦系统超出当前 MCP 工具能力（多重结构编辑器 MCE 暂无 API）。

• 需提示用户：变焦系统的多重结构需要在 OpticStudio GUI 中手动设置。
• MCP 工具可以完成单一焦距状态的优化，但无法操作 MCE。

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通用注意事项

物距与孔径类型的对应关系

物距	孔径类型推荐
无穷远	ImageSpaceFNumber 或 EntrancePupilDiameter
有限共轭（显微/投影）	ObjectSpaceNA（显微）或 ImageSpaceFNumber（投影）
激光扩束（无焦）	EntrancePupilDiameter（输入束径）

视场类型选择逻辑

如果 物距无穷远 且 规格给视场角 → Angle
如果 物距无穷远 且 规格给像高 y' → ParaxialImageHeight
如果 物距有限   且 规格给物方高度 → ObjectHeight
如果 物距有限   且 规格给实际像高 → RealImageHeight（畸变大时）

波长设置原则

应用	波长配置
可见光成像（消色差）	F(0.4861) / d(0.5876) / C(0.6563) μm，3条
可见光成像（单色）	d(0.5876) μm，1条
近红外成像	0.8 / 0.9 / 1.0 μm
Nd:YAG 激光	1.064 μm，1条
He-Ne 激光	0.6328 μm，1条
蓝光激光（DVD）	0.405 μm，1条

严禁使用 set_wavelengths 的 preset 参数（ZOS-API 2018 版不可靠）。

评价函数优化类型选择

系统特点	推荐优化类型
接近衍射极限（显微、准直）	波前（Wavefront），data=0
中等像差（相机、望远、投影）	点列图半径（SpotRadius），data=1
无焦系统（扩束镜）	角向（Angular Spot），data=4
需要控制 MTF	添加 MECT/MECS 操作数