光学设计实验一.docx

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1、实验报告课程设计1：单透镜一.实验目的学习开始ZEMAX，输入波长和镜片数据，生成光线特性曲线（rayfan），光程差曲线（OPD）,和点列图（Spotdiagram），确定厚度求解方法和变量，进行简单的优化。二.透镜结构性能分析1）F/4的镜片，焦距为100mm；2）视场角为0︒；3）厚度为3mm；4）工作波长在可见光谱范围内用；5）镜片材料BK7玻璃；三.实验步骤1．运行ZEMAX，ZEMAX主屏幕会显示镜片数据编辑（LDE）。你可以对LDE窗口进行移动或重新调整尺寸。LDE由多行和多列组成，类似于电子表格。半径、厚度、玻璃

2、和半口径等列是使用得最多的，其他的则只在某些特定类型的光学系统中才会用到。2．在主屏幕菜单条上，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。ZEMAX中有许多这样的对话框，用来输入数据和提供你选择。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。现在，在第一个“波长”行中输入486，这是氢（Hydrogen）F谱线的波长，单位为微米。ZEMAX全部使用微米作为波长的单位。现在，在第二行的波长列中输入

3、587，最后在第三行输入656。这就是ZEMAX中所有有关输入数据的操作，转到适当的区域，然后键入数据。在屏幕的最右边，你可以看到一列主波长指示器。这个指示器指出了主要的波长，当前为486微米。在主波长指示器的第二行上单击，指示器下移到587的位置。主波长用来计算近轴参数，如焦距，放大率等等。ZEMAX一般使用微米作为波长的单位“权重（Weight）”这一列用在优化上，以及计算波长权重数据如RMS点尺寸和STREHL率。现在让所有的权为1.0，单击OK保存所做的改变，然后退出波长数据对话框。现在我们需要为镜片定义一个孔径。这可以

4、使ZEMAX在处理其他的事情上，知道每一个镜片该被定为多大。3．系统参数设置：a.相对孔径：F/#是相对孔径的倒数即为4（system一general）b.视场角：视场角调为0（system一field）c.相对波长：在可见光的范围内（system一wavelength）由于我们需要一个F/4镜头，我们需要一个25mm的孔径（100mm的焦距除F/4）。设置这个孔径值，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（AperValue）”一格，输入一个值：25。注

5、意孔径类型缺省时为“入瞳直径（EntrancePupilDiameter）”，也可选择其他类型的孔径设置。除此之外，还要加入一些重要的表面数据。ZEMAX模型光学系统使用一系列的表面，每一个面有一个曲率半径，厚度（到下一个面的轴上距离），和玻璃。一些表面也可有其他的数据，我们以后将会讨论到。注意在LDE中显示的有三个面。物平面，在左边以OBJ表示；光阑面，以STO表示；还有像平面，以IMA表示。4.结构参数（或镜头参数）设置对于我们的单透镜来说，我们共需要四个面：物平面（OBJ），前镜面（同时也是光阑面）（STO），后镜面（2）

6、，和像平面（IMA）。当插入第四个面，只需移动光标到像平面（最后一个面）的“无穷Infinity）”之上，按INSERT键。这将会在那一行插入一个新的面，并将像平面往下移。新的面被标为第2面。注意物体所在面为第0面，然后才是第1（标上STO是因为它是光阑面）。a.曲率半径：现在，我们需要为镜片输入每一面的曲率半径值。让我们设想一下，前面和后面的半径分别是100和-100，在第1（STO）和2面中分别输入这些值。符号约定为：如果曲率中心在镜片的右边为正，在左边为负。这些符号（+100，-100）会产生一个等凸的镜片。我们还需要在镜

7、片焦点处设置像平面的位置，所以要输入一个100的值，作为第2面的厚度。b.材料设置：在STO输入所要使用的玻璃。移动光标到第一面的“玻璃（Glass）”列,输入“BK7”并敲回车键。c.厚度设置：孔径D是25mm，合理的镜片厚度是3mm。移动光标到第1面STO输入“3”(单位是毫米)。其他的单位（分米，英寸，和米）也可以。如下图所示：点击layout即：四．优化方案：分析：怎样才能知道这个镜片是否好？也许在镜片设计中，最有用的判断工具是光线特性曲线图。要产生一幅光线特性曲线图。优化方法：将曲率半径设为变量，权重为1，厚度设为Ma

8、rginalRayHeigh，在评价函数在“TYPE”列下，输入“EFFL”然后按回车。然后选择“工具”（Tools）菜单下的“最佳化（Optimization）”会显示最佳化工具对话框。如图所示：五．优化后的光学系统如图所示：：六优化后光学系统的像差分析1.观