ZEMAX光学设计软件应用训练实验报告要点.docx

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ZEMAX光学设计软件应用训练实验报告
学院:

年级专业

姓名:

学号:
班级:
指导老师

成绩
实验课程名称 光学设计软件应用训练
实验项目名称 实验一:镜头设计——双镜片的构造与测试部分
一、实验目的:
熟悉Zemax的光学优化设计功能;
熟悉Zemax中关于光学性能分析的几种像差参数;
二、实验内容:
设计双胶合镜片镜头。
利用Zemax软件优化并测试该镜头的光学性能。
三、实验器材:
pc机一台
Zemax软件
ZemaxManual一册(英文版)
四、实验步骤
1、运行zemax。
2、输入波长数据:选择“系统(System)”菜单下的“波长(
Wavelengths)”。屏幕中间会弹出一个
“波长数据(WavelengthData)”对话框。用鼠标在第二和第三行的“使用(
Use)”上单击一下,将
会增加两个波长使总数成为三。
在第一个“波长”行中输入
;在第二行的波长列中输入
;
。“权重(Weight)”,单击OK。
3、输入镜片数据:定义一个孔径,选择“系统”中的“通常(
General)”菜单项,出现“通常数据
(GeneralData)”对话框,单击“孔径值(
ApertureValue)”一格,输入一个值:
25。
插入面,只需移动光标到像平面(最后一个面)的“无穷(
Infinity)”之上,按INSERT键(Edit
菜单里面也有insert操作)。
移动光标到第一面的“玻璃(
Glass)”列,输入“BK7”并敲回车键,厚度列输入
4,半径是100。
移动光标到第二面的“玻璃(
Glass)”列,输入“SF1”并敲回车键,厚度
3,半径-100。
移动光标到第三面厚度
100,半径-100。
注意缺省的单位是毫米。
4、光学性能分析:选择“分析(Analysis)”菜单,然后选择“图(Fan)”菜单,再选择“光线像差(RayAberration)”。得到光线特性曲线图,光线特性曲线通过原点的倾斜表示有离焦现象存在。
5、优化离焦:在第2
面的厚度上双击,弹出
solve对话框,显示“固定”,在下拉框上单击,将
solve类型改变为“边缘高度”,点击OK。从光线特性曲线窗口菜单,
单击“更新”。离焦已消失,
主要的像差是球差。
6、优化像差:将光标移到第
1面的半径这一列,然后按
ctrl-z,出现“v”表示一个可变的参量。
再在第2,3面半径以及第
3面的厚度上设置变化的标志。
定义“评价函数”,选择“编辑”菜单下的“评价函数”,出现一个表格。选择“工具”菜单下的
“缺省评价函数”点击
reset,然后OK。
第1行中的任何一处点击鼠标,使光标移到评价函数编辑的第一行,按下
insert插入新一行。在
“type”列下输入EFFL然后按回车。光标移到“target”列输入100
然后按回车。“权重”输入1。
现在从主菜单条中选择“工具”菜单下的“最佳化(
Optimization)”,会显示最佳化工具对话框。注
意“自动更新(AutoUpdate)”复选框。然后单击“自动(
Automatic)”,ZEMAX会很快地减少评
价函数。单击“退出(
Exit)”关闭最佳化对话框。如下图
:选择“系统”“field”择3个视场,y视场列的第2行输入

得到“field7,第3行输入

data”对话框,单击第 2、3行的“use”选
10,其他为0。 选择“系统”“更新”,
得到光学特性曲 线图,如下图所示。
选择“analysis”,“miscellaneous”,“field curv/dist ”场曲线如图所示。
实验项目名称 实验二:牛顿式反射望远镜
一、实验目的
熟悉Zemax中非球面镜面的定义与输入方法
熟悉Zemax中三维图形显示;
熟悉Zemax中牛顿式望远镜的设计。
二、实验内容
设计一个 F/5的牛顿式望远镜,焦距为 1000mm;
利用Zemax构造一个转折面;
利用Zemax软件观察该望远镜三维图形。
三、实验器材
pc机一台
Zemax软件
ZemaxManual一册(英文版)
四、实验步骤
牛顿式反射望远镜结构示意图
:第一面,光阑面的曲率半径列输入 -,负号表示为凹面,厚度值-,“Glass”
列输入“MIRROR”。选择“System”,“General”,然后在“通用数据对话框(
Box)”中输入一个 200的孔径值,并单击“ OK”。ZEMAX使用的缺省值是波长

GeneralDataDialog550,视场角0。
现在打开一个图层窗口,光线显示了从第一面到像平面的轨迹,此时像平面在镜面的左边。
如下图:
第一面的“Conic”列输入-1。现在选“System”,“Update”菜单项刷新所有的窗口,在更新后的
点列图上,你可以看到有一小簇的光线在六角环带的中心, RMS点尺寸是 0。如下图:
:第一面的厚度改为-800mm。像平面,按Insert在主面与像平面之间插入一个虚构的面。新的虚构面上输入一个-。
单击“Tools”,“AddFoldMirror ”,然后设置“FoldSurface”为2,单击“OK”。通过“Analysis ”,
“Layout”,“3DLayout”菜单来得到。如下图:
: 第一面,厚度设为 900mm。双击第一面的“ Standard”,在对话框中为孔径类型选
择圆形遮拦(“CircularObscuration ”),“最大半径(MaxRadius)”输入 40,然后单击 OK,再
“Setting ”,然后将第一面和最后一面的选项分别改为 1和6,或单击“Reset”,
然后按“OK”。如下图:
思考题与实践题:
、牛顿反射式望远镜属于我们《应用光学》书本上所介绍的那种望远镜系统?答:是的。
、牛顿反射式望远镜较容易产生彗差,我们如何在Zemax中利用不同的入射光线来体现出此彗差?该反射系统有色差吗?
答:牛顿反射式望远镜产生的彗差,造成影样偏离轴心扩散的变形现象。这种扩散在光轴上为零,随着镜子的视域呈线性的增加,也与焦距除以口径的商(焦比)的平方反比来扩散。通常在焦比大
于f/6 的系统,彗差已经可以忽略掉,不会影响目视或摄影的结果。 焦比小于 f/4 的系统,虽然
不能忽视彗差,但可以借由广视野和低倍率成像来避免。同时,透镜也可以用在修正牛顿主镜的彗差上,让影像恢复原有的明锐。
实验项目名称 实验三:施密特—卡塞格林望远镜系统
一、实验目的
掌握Zemax中非球面镜面的定义与输入方法
掌握Zemax中利用非球面镜的优化像差
熟悉Zemax中MTF的使用
二、实验内容
设计一个带多项式非球面矫正器施密特—卡塞格林系统
优化该系统的色球差
三、实验器材
pc机一台
Zemax软件
ZemaxManual一册(英文版)
四、实验步骤
: 选择“SYSTEM”,“GENERAL”,输入10作为孔径值。在同一个屏幕上,将单位“毫米
Millimeters)”改为“英寸(Inches)”。选择“SYSTEM”,“WAVELENGTHS”,得到“波长数据”屏幕,设置3个波长:486,587,和656,其中587为主波长。如下图:
选择2DLayout演示一下图形以验证一切是否就绪。现在我们将加入辅助镜面,并安放像平面。我
们以后将让 ZEMAX为辅助面计算恰当的曲率。 现在修改表格,使之如下表所示的以表达一个新的面。
如下图:
注意我们已将主反射面的距离减小到

-18,第四面的半径已经被加入了一个变量标记。新

2DLayout
图层,检查一切是否正常。如下图:
: 选择“Editors ”,“MeritFunction ”显示评价函数编辑从评价函数编
辑窗口菜单中选“Tools”,“DefaultMeritFunction”,单击“Reset”,然后改变“Rings”选项为“5”,单击OK。
选“Tools”,“Optimization ”,选“Automatic”,评价函数很快将下降到约 。选择“SYSTEM”,
“UPDATEALL”,然后选择“ANALYSIS”,“FANS”,“OPTICALPATH”演示OPD图,OPD图显示离焦和球差。如下图:
注意大约有 4个波长的像差仍然有待改正。现在单击第一面(光阑面)的“ STANDARD”表面类型,
从所显示的对话框选择“ EVENASPHERE”,单击OK。
向右移动光标直到“ 4thOrderTerm ”列,键入 Ctrl-Z ,当前为 0。这样就给这个参数设置了一个
变量标记。也在“ 6thOrderTerm ”和“8thOrderTerm ”上设置变量标记。
现在选择“Tools”,“Optimization ”,再单击“Automatic”,单击“Exit”。
再次更新 OPD图,如下图: