ZEMAX光学设计讲义

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1、实验一：单镜头设计(Singlet)实验目的：1、学习如何启用Zemax2、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。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）实验仪器：微机、zemax光学设计软件实验步骤：1、设计一个孔径为F/4的单镜头，物在光轴上，其焦距（focallength）为100m

2、m，波长为可见光，用BK7玻璃为材料。2、首先运行ZEMAX，将出现ZEMAX的主页，然后点击lensdataeditor(LDE)。什么是LDE呢？它是你要的工作场所，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。3、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primaryw

3、avelength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。4、确定透镜的孔径大小。既然指定要F/4的透镜，所谓的F/#是什么呢？F/#就是光由无限远入射所形成的effectivefocallengthF跟paraxialentrancepupil的直径的比值。所以现在我们需要的aperture就是100/4=25(mm)。

4、于是从systemmenu上选generaldata，aperturetype里选择entrancepupil，在apervalue上键入25，然后点击ok。5、回到LDE，可以看到3个不同的surface，依序为OBJ，STO及IMA。OBJ就是发光物，即光源，STO即孔径光阑aperturestop的意思，STO不一定就是光照过来所遇到的第一个透镜，你在设计一组光学系统时，STO可选在任一透镜上，通常第一面镜就是STO，若不是如此，则可在STO这一栏上按鼠标，可前后加入你要的镜片，于是STO就不是落在第一个透镜上了。而IMA就是ima

5、gineplane，即成像平面。回到我们的singlet，我们需要4个面(surface)，于是点击IMA栏，选取insert，就在STO后面再插入一个镜片，编号为2，通常OBJ为0，STO为1，而IMA为3。6、输入镜片的材质为BK7。在STO列中的glass栏上，直接键入BK7即可。7、孔径的大小为25mm，则第一镜面合理的thickness为4，在STO列中的thickness栏上直接键入4。Zemax的默认单位是mm8、确定第1及第2镜面的曲率半径，在此分别选为100及-100，凡是圆心在镜面之右边为正值，反之为负值。再令第2面镜

6、的thickness为100。9、现在数据已大致输入完毕。如何检验你的设计是否达到要求呢？选analysis中的fans，然后选择其中的RayAberration，将会出现如图1-1所示的TRANSVERSERAYFANPLOT。图1-1其中rayaberration是以chiefray为参考点计算的。纵轴为EY的，即是在Y方向的aberration，称为tangential或者YZplane。同理X方向的aberration称为XZplane或sagittal。rayfan在原点处的倾斜说明存在离焦defocus10、Zemax主要的目

7、的，就是帮我们矫正defocus，用solves就可以解决这些问题。solves是一些函数，它的输入变量为curvatures，thickness，glasses，semi-diameters，conics，以及相关的parameters等。parameters是用来描述或补足输入变量solves的型式。如curvature的型式有chiefrayangle，pickup，Marginalraynormal，chiefraynormal，Aplanatic，Elementpower，concentricwithsurface等。而描述ch

8、iefrayanglesolves的parameter即为angle，而补足pickupsolves的parameters为surface，scalefactor两项，所以parameters