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设计过程

1.系统建模

1.1选取初始结构

从《光学设计手册》（李士贤，郑乐年编，北京理工大学出版社，1990）中选取了一个

1.2系统特性参数输入

在General系统通用数据对话框中设置孔径和玻璃库，如图1-1，图1-2。

打开视场设定对话框设置5个视场，如图1-3。

打开波长设定对话框点击“Select>

>

F,d,C（visible）”自动加入三个波长，如图1-4。

表1-1

图1-1

图1-2

图

1-3

1-4

1.3初始结构输入

对照表1-1，在LensDataEditor中输入初始结构，如图1-5。

利用Zemax中的“solve”功能，求解透镜组最后一面的厚度。

选取需要设计的单元格，在“Solve”中选取“Thickness”，弹出“ThicknessSolveonsurface7”求解对话框。

在对话框“Solvetype”中选择“Marginalrayheight”，将“Height”值输入为“0”，表示将像面设置在边缘光线聚焦的像方焦平面上，如图1-6，图1-7。

图1-5

1-6

图1-7

1.4调整系统焦距

打开“SystemData”系统数据报告窗口，查看系统现有焦距，为65.65414mm，如图1-8，与设计要求不符，需要通过缩放功能进行调整。

选择“Tools>

ScaleLens”,缩放因子为9/65.65414=0.137082，在ScaleByFactor缩放因子后填入0.137082，如图1-9。

点击“OK”，LensDataEditor中的结构数据发生变化，如图1-10。

篇二：

ZEMAX实验报告

ZEMAX实验——双胶合镜头（adoublet）

摘要

一个双胶合镜头是由两片玻璃组成，通常粘在一起，所以他们有相同的曲

率。

利用不同玻璃的色散性质，一阶色差可以被矫正。

也就是说，需要得到抛物

线形的多色光焦点漂移图，而不是直线的，这反过来会产生较好的像质。

在保持100mm焦距和在轴上的设计要下，将会加入视场角。

同时定义边缘厚度解，使

产生图层和视场曲率图，并分析双胶合镜头的出光效果。

关键词：

ZEMAX光学设计；

双胶合镜头；

成像分析

目录

1引言......................................................II2实验目的..................................错误！

未定义书签。

3实验原理分析..............................................2

4实验步骤...................................................35实验结果..................................错误！

1引言

ZEMAX是美国FocusSoftwareInc.所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是一套可以运算sequential及Non-Sequential的软件。

ZEMAX是一套综合性的光学设计仿真软件，它将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表整合在一起。

ZEMAX不只是透镜设计软件而已，更是全功能的光学设计分析软件，具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点，与其它软件不同的是ZEMAX的CAD转文件程序都是双向的，如IGES、STEP、SAT等格式都可转入及转出。

而且ZEMAX可仿真Sequential和Non-Sequential的成像系统和非成像系统。

ZEMAX光学设计程序是一个完整的光学设计软件，是将实际光学系统的设计概念，优化，分析，公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。

包括光学设计需要的所有功能，可以在实践中对所有光学系统进行设计，优化，分析，并具有容差能力，所有这些强大的功能都直观的呈现于用户界面中。

ZEMAX功能强大，速度快，灵活方便，是一个很好的综合性程序。

ZEMAX能够模拟连续和非连续成像系统及非成像系统。

ZEMAX能够在光学系统设计中实现建模、分析和其他的辅助功能。

ZEMAX的界面简单易用，只需稍加练习，就能够实现互动设计。

ZEMAX中有很多功能能够通过选择对话框和下拉菜单来实现。

同时，也提供快捷键以便快速使用菜单命令。

手册中对使ZEMAX时的一些惯用方法进行了解释，对设计过程和各种功能进行了描述。

ZEMAX目前已经是被光电子领域熟知的光学设计的首选软件。

该软件拥有两大特点，就是可以实现序列和非序列分析。

在全球范围内，这款软件已经被广大的应用在设计显示系统，照明，成像的使用系统，激光系统以及漫射光的设计应用方面。

在此次试验中将研究双胶合镜头出光效果。

首先要熟悉ZEMAX光学设计软件以及操作流程。

再通过分析课题：

一个双透镜包括两片玻璃，通常（但不一定）是胶合的，因此它们有一个共同的曲率。

通过使用两片具有不同色散特性的玻璃，一阶色差可以被矫正。

学会如何使用ZEMAX光学设计软件产生图层和视场曲率图，以及定义边缘厚度解和视场角等。

1、学习如何启用Zemax。

2、学习如何输入波长（wavelength）、镜头数据（lensdata）。

3、学习如何察看系统性能（opticalperformance），如rayfan，OPD，点列图（spotdiagrams），MTF等并分析其优劣。

4、学习如何定义thicknesssolve以及变量（variables）。

5、学习如何进行优化设计（optimization）。

6、学习如何画出layouts和fieldcurvatureplots的图形。

7、学习如何定义edgethicknesssolves,视场角（fieldangles）等。

实验仪器：

微机、ZEMAX光学设计软件。

3实验原理分析

而一个双胶合镜头doublet是由两片玻璃组成，通常粘在一起，所以他们有相同的曲率curvature。

利用不同玻璃的色散性质dispersion，色差thechromaticaberration可以矫正到firstorder，所以剩下的chromaticaberration主要的贡献为secondorder，于是我们可以期待在看chromaticfocalshiftplot图时，应该呈现出抛物线paraboliccurve的曲线而非一条直线，此乃secondordereffect的结果（当然其中variation的scale跟firstorder比起来必然小很多，应该下降一个order）。

也就是说，通过使用两片具有不同色散特性的玻璃，一阶色差可以被矫正我们需要得到抛物线形的多色光焦点漂移图，而不是直线的。

这反过来会产生较好的像质。

现在，我们保持先前100mm焦距和在轴上的设计要求，我们下面将会加入视场角。

如何选择这两片玻璃需要一些技巧，参考Smith的《现代光学工程学（ModernOpticalEngineering）》里有关的例子。

由此次实验可学会如何使用ZEMAX光学设计软件，进而能够学会如何设计镜片。

我们这里只建议选择BK7和SF1这两玻璃。

如果需要其他的玻璃，可以依实验的需要设置玻璃的光学性质（包括折射率n以及阿贝常数ab等）。

其次是设置波长、孔径等。

然后按照实验步骤依次操作即可。

1、首先运行ZEMAX，将出现ZEMAX的主页，然后点击lensdataeditor（LDE）。

LDE是工作场所，在LDE的扩展页上，可以输入选用的玻璃，镜片的radius，thickness，大小，位置等。

选用BK7和SF1两种镜片，wavelength和aperture如同实验一所设，既然是doublet，只要在实验一的LDE上再加入一面镜片即可。

所以调出实验一的LDE，在STO后再插入一个镜片，表示为2，或者也可以在STO前在插入一面镜片标示为1，然后在该镜片上的surfacetype上用鼠标按一下，然后选择MakeSurfaceStop，则此第一面镜就变成STO的位置。

在第一、第二面镜片上的Glass栏分别键入BK7和SF1。

2、然后输入波长，在主菜单的system下，点击wavelengths，弹出波长数据对话框wavelengthdata，键入你要的波长，在第一行输入0.486，它是以microns为单位，此为氢原子的F-line光谱。

在第二、三行键入0.587及0.656，然后在primarywavelength上点在0.587的位置，primarywavelength主要是用来计算光学系统在近轴光学近似（paraxialoptics，即first-orderoptics）下的几个主要参数，如focallength，magnification，pupilsizes等。

3、现在把STO和第二面镜的thickness都fixed为3，仅第3面镜的thickness为100且设为variable，如图所示。

4、既然要优化，还要设meritfunction，注意此时EFFL需设在第三面镜上，因为第3面镜是光线在成像前穿过的最后一面镜，又EFFL是以光学系统上的最后一块镜片上的principleplane的位置起算。

其它的meritfunction设定就一切照旧。

我们来定义一个Meritfunction，什么是Meritfunction呢？

Meritfunction就是把理想的光学要求规格定为一个标准（如此例中focallength为100mm），然后Zemax会连续调整输入solves中的各种variable,

把计算得的值

篇三：

zemax实验

zemax基本操作要点

如要设计的系统要求：

f’=200mm，视场角2ω=30o，D/f’＝1/10。

物距为：

（1）物距位于有限远，近轴放大率为1；

（2）物距位于无限远。

（3）Fie（FieldData视场）

视场对话框可以确定视场点。

视场可以用Angle（角度）、ObjectHeight（物高）、ParaxialHeight（近轴像高）、RealImageHeight（实际像高）这几种方式描述，具体情况根据系统特点选择。

设计视场的选择

一般小视场光学系统（2ω<

80°

）

0、0.707、1.0

中等视场光学系统（80°

<

2ω<

140°

0、0.5、0.707、0.866、1.0

大视场光学系统（2ω>

0、0.3、0.5、0.7、0.85、1.0

视场权重：

默认为1，最后根据需要不断修改。

（4）Wav（WavelengthData波长）

波长对话框用于设置波长、权重和主波长。

ZEMAX也提供已经选择好的波长，可以通过下拉菜单选择。

（select一般选Fdc的visible）

例：

牛顿望远镜

牛顿式由一个抛物面主镜和一块与光轴成45°

的平面反射镜构成，如图所示。

抛物面能使无限远的轴上点在它的焦点