光学设计实验指导书.doc

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1、光学设计实验指导书　　实验一光学设计软件ZEMAX的安装和基本操作一．实验目的学习ZEMAX软件的安装过程，熟悉ZEMAX软件界面的组成及基本使用方法。　　二．实验要求a)掌握ZEMAX软件的安装、启动与退出的方法。　　掌握ZEMAX软件的用户界面。　　掌握ZEMAX软件的基本使用方法。　　学会使用ZEMAX的帮助系统。　　b)c)d)三．实验内容1．通过桌面快捷图标或“开始—程序”菜单运行ZEMAX，熟悉ZEMAX的初始用户界面，如下图所示图1.1ZEMAX用户界面2．浏览各个菜单项的内容，熟悉各常用功能、操作所在菜单，了解各常用菜单的作用。　　3.熟悉使用各个常用的快捷按钮。

2、　　4．学会从主菜单的菜单下调出各种常见窗口（镜头数据、优化函数、多重数据结构）。　　5．调用ZEMAX自带的例子（例如根目录下samplestutorialtutorialzoom2.zmx文件），学会打开常用的分析功能项草图（2D草图、3D草图、实体模型、渲染模型等）、特性曲线（像差曲线、光程差曲线）、点列图、调制传递函数等，学会由这些图进行简单的成像质量分析。　　6．从主菜单中调用优化工具，简单掌握优化工具界面中的参量。　　7．掌握镜头数据（LDE）窗口的作用以及窗口中各个行列代表的意思。　　8．从主菜单-报告下形成各种形式的报告。　　9．通过主菜单-帮助下的操作手册调

3、用帮助文件，学会查找相关帮助信息。　　四．报告要求1.打开安装目录下的samplestutorialtutorialzoom2.zmx文件，生成其2D图、实体（转角）、渲染（转角）、像差特征曲线、OPD曲线、曲面数据报告（第7面）、规则报告（截屏至“角度放大率”）和图解报告4。　　截屏后打印出来。　　2.试在打印出来的2D图上标出各个面的位置以及相应面厚度值的具体指向（方向、范围）；比较分析LDE窗口中两个“半径”（Radius和Semi-Diameter）具体指的是什么，并定性的在2D图中标出第5面和第7面分别的Radius和Semi-Diameter。　　3.试从帮助手册

4、（主菜单-帮助-操作手册）中查找点列图左下角关于GEORADIUS和RMSRADIUS的定义和区别。　　五．实验仪器PC机实验二基于ZEMAX的简单透镜的优化设计一．实验目的学会用ZEMAX对简单单透镜和双透镜进行设计优化。　　二．实验要求1.掌握新建透镜、插入新透镜的方法；2.学会输入波长和镜片数据；3.学会生成光线像差（rayaberration）特性曲线、光程差（OPD）曲线和点列图（Spotdiagram）、产生图层和视场曲率图；4.学会面厚度的求解方法，学会定义透镜的边缘厚度解和视场角，进行简单的优化。　　三．实验内容（一）.用BK7玻璃设计一个焦距为100mm的F/4

5、单透镜，要求在轴上可见光范围内。　　1.打开ZEMAX软件，点击新建，以抹去打开时默认显示的上一个设计结果，同时新建一个新的空白透镜。　　2.在主菜单-系统-光波长弹出的对话框中输入3个覆盖可见光波段的波长，设定主波长。　　同样在系统-通用配置里设置入瞳直径值（由设计要求决定）。　　3.在光阑面的Glass列里输入BK7作为指定单透镜的材料，并在像平面前插入一个新的面作为单透镜的出射面。　　4.输入相关各镜面的厚度和曲率半径（STO面厚度举例为4mm，其余各面厚度由设计要求决定）。　　5.生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线和实体模型、渲染模型等分析图来观察此时的成像质量。　

6、　6.利用Solve功能来求解第2面的厚度，以便适当的消除离焦现象，更新后观察各分析图的相应变化。　　7.将第　　1、第2面的曲率半径以及第2面的厚度值设为变量，建构并调用默认优化函数（MeritFunction）。　　8.在调用默认优化函数后的优化函数框中的第一行前按INS插入一个新行，在其oper#列处双击（或右键单击），在弹出的对话框中将操作数选为EFFL，target设为100，weight设为1，确定。　　9.调用优化工具进行优化，在优化后更新全部内容，然后观察各分析图的相应变化。　　10.分别调用点列图、OPD图以及焦点色位移图（主菜单-分析-杂项）来观察最优化后的成

7、像质量。　　11.将此设计起名保存，生成报告。　　（二）.以前一个实验内容设计优化后的单透镜为基础，添加一块材料为SF1玻璃的透镜来构建胶合双透镜系统，进一步优化成像质量。　　1.插入新的平面作为第二块透镜的出射面，输入相关镜面的厚度（两块透镜厚度举例均为3mm）、曲率半径（由设计要求决定）的初始值以及玻璃类型值（BK　　7、SF1）。　　2.生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线和实体模型、渲染模型等分析图来观察此时的成像质量。　　3.设置STO面、第　　2、第3面的曲率半径