ZEMAX光學(xué)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)報(bào)告

東莞理工學(xué)院ZEMAX光學(xué)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院：年級(jí)專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師成績(jī)實(shí)驗(yàn)課程名稱光學(xué)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)一：鏡頭設(shè)計(jì)一一雙鏡片的構(gòu)造與測(cè)試部分一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏煜emax的光學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)功能；熟悉Zemax中關(guān)于光學(xué)性能分析的幾種像差參數(shù)；二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：設(shè)計(jì)雙膠合鏡片鏡頭。利用Zemax軟件優(yōu)化并測(cè)試該鏡頭的光學(xué)性能。二、實(shí)驗(yàn)器材：pc機(jī)一臺(tái)Zemax軟件ZemaxManual一冊(cè)（央文版）四、實(shí)驗(yàn)步驟1、運(yùn)行zemax。2、輸入波長(zhǎng)數(shù)據(jù)：選擇“系統(tǒng)（System）”菜單下的“波長(zhǎng)（Wavelengths）”。屏幕中間會(huì)彈出一個(gè)“波長(zhǎng)數(shù)據(jù)（WavelengthData）”對(duì)話框。用鼠標(biāo)在第二和第三行的“使用Use）”上單擊一下，將會(huì)增加兩個(gè)波長(zhǎng)使總數(shù)成為三。在第一個(gè)“波長(zhǎng)”行中輸入0.486；在第二行的波長(zhǎng)列中輸入0.587；在第三行輸入0.656?！皺?quán)重（Weight）”讓所有的權(quán)為1.0，單擊OK。3、輸入鏡片數(shù)據(jù)：定義一個(gè)孔徑，選擇“系統(tǒng)”中的“通常（General）”菜單項(xiàng)，出現(xiàn)“通常數(shù)據(jù)（GeneralData）”對(duì)話框，單擊“孔徑值（ApertureValue）”一格，輸入一個(gè)值：25。插入面，只需移動(dòng)光標(biāo)到像平面（最后一個(gè)面）的“無(wú)窮（Infinity）”之上，按INSERT鍵（Edit菜單里面也有insert操作）。移動(dòng)光標(biāo)到第一面的“玻璃（Glass）”列，輸入“BK7”并敲回車(chē)鍵，厚度列輸入4,半徑是100。移動(dòng)光標(biāo)到第二面的“玻璃（Glass）”列，輸入“SF1”并敲回車(chē)鍵，厚度3,半徑-100。移動(dòng)光標(biāo)到第三面厚度100，半徑-100。注意缺省的單位是毫米。J?Ed^|察翟|33?||和亜:步口網(wǎng)|口|HESlHjMZEMAX-EE-E:\ZEMAXCfttt保澄一ILEKS尼站葢衛(wèi)冋J(rèn)?Ed^|察翟|33?||和亜:步口網(wǎng)|口|HESlHjMZEMAX-EE-E:\ZEMAXCfttt保澄一ILEKS尼站葢衛(wèi)冋如?jEI制刃阿e叫■⑸鋰；■■■n&Fl赴二JlFTgiEirri乘日1=那的5||艮1mii帝隔旳0。阿|介碗8?E?1e旳H：?KN二r世生世蘭I昨刊盟￡*!!ThlcfEmviDlPcnlc：：InflnlE./CriCliiiTiA.MMaC*or;ti.MCMtra-laD.MMWan.12.9?9E4BD.MIX4Da応口laflni^T-(^fcengerHmmg：.EFRM7ifl9ENP0IZ5ZL^OlrfZ-20155,Y?-1IT了闌創(chuàng)1曰屮1說(shuō)■行叔怦珥SInftHP4iiiP1■□(Vrtidcri-：W丈左rr-atiEtHtififUsH點(diǎn)\欝4MWEJ□dti口cwflmLdrnZixlh?：鼻駒upSiiS點(diǎn)哼強(qiáng)打世WrtXPi■□何宀亦制frTrT<rt：iT|rtpaizc->Ti|iriTOTHjIU74、光學(xué)性能分析：選擇“分析(Analysis)”菜單，然后選擇“圖(Fan)”菜單，再選擇“光線像差(RayAberration)”。得到光線特性曲線圖，光線特性曲線通過(guò)原點(diǎn)的傾斜表示有離焦現(xiàn)象存在。5、優(yōu)化離焦：在第2面的厚度上雙擊，彈出solve對(duì)話框，顯示“固定”，在下拉框上單擊，將solve類型改變?yōu)椤斑吘壐叨取保c(diǎn)擊0K。從光線特性曲線窗口菜單，單擊“更新”。離焦已消失，主要的像差是球差。6、優(yōu)化像差：將光標(biāo)移到第1面的半徑這一列，然后按ctrl-z，出現(xiàn)“v”表示一個(gè)可變的參量。再在第2,3面半徑以及第3面的厚度上設(shè)置變化的標(biāo)志。定義“評(píng)價(jià)函數(shù)”，選擇“編輯”菜單下的“評(píng)價(jià)函數(shù)”，出現(xiàn)一個(gè)表格。選擇“工具”菜單下的“缺省評(píng)價(jià)函數(shù)”點(diǎn)擊reset,然后OK。第1行中的任何一處點(diǎn)擊鼠標(biāo)，使光標(biāo)移到評(píng)價(jià)函數(shù)編輯的第一行，按下insert插入新一行。在“type”列下輸入EFFL然后按回車(chē)。光標(biāo)移到“target”列輸入100然后按回車(chē)?！皺?quán)重”輸入1?，F(xiàn)在從主菜單條中選擇“工具”菜單下的“最佳化Optimization)”，會(huì)顯示最佳化工具對(duì)話框。注意“自動(dòng)更新(AutoUpdate)”復(fù)選框。然后單擊“自動(dòng)(Automatic)”，ZEMAX會(huì)很快地減少評(píng)價(jià)函數(shù)。單擊“退出(Exit)”關(guān)閉最佳化對(duì)話框。如下圖NZEMAX-EE-E\ZEMAXW\S^-\LEW.ZIM)C立啣R■:確■ETm.匪|曲出烏貯HR網(wǎng)昨咖Mi：T?iiKn睪去iF+pcrl.KR)并眄矚：hA?i尼8＞再|(zhì)童：]州7?：?油]砂|刊甲H詞M伽血iFdl刖航EFHj1Wj?3WNQl3.9513&eNPDl25TQT^W-IM3KjeJ:Typ?CmmSiiUurIkiXE^iiiaiGLliv弘ar-DiUMicCsnirExGul：muMd：＞Eua＞：cbflii-EFD.IMDM9TOGL.T4IMIV-L.iMiaiM]MC?33.9MCMD.問(wèn)回3丹TilMI7fiTFL99.41*7^5J77S3.3iM!iM□4Atafiaitr-mm如FGS??(S^*:erqKHuarq)HFi.Upchl.im闔曲葉1曲|#O|^nckw：.WB^.Up=hl.||U：i險(xiǎn)閔打丑P總i|p|#j|^ndcw.i^l7.離軸特性：選擇“系統(tǒng)"“field”擇3個(gè)視場(chǎng)，y視場(chǎng)列的第2行輸入7,得到光學(xué)特性曲線圖，如下圖所示。得到“fielddata”對(duì)話框，單擊第2、3行的“第3行輸入10,其他為0。use”選選擇“系統(tǒng)”“更新”，選擇“analysis”，“miscellaneous”,2:LayoutZ=22.35,￥=-5.929-口更新(Upd就司(U)iSM(Settings)(S)打印(P『iM)(P)窗口(Window)(W)文本仃旳閒⑴^fc(Zoom)(Z)LITELITTLIETUN212i3LiTDTRLLENGTHiL37.33000MMLENS.IMX匚DN尸工GUKHTIDN]□尸1curv/dist"實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)二：牛頓式反射望遠(yuǎn)鏡一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜emax中非球面鏡面的定義與輸入方法熟悉Zemax中三維圖形顯示；熟悉Zemax中牛頓式望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)F/5的牛頓式望遠(yuǎn)鏡，焦距為1000mm；利用Zemax構(gòu)造一個(gè)轉(zhuǎn)折面；利用Zemax軟件觀察該望遠(yuǎn)鏡三維圖形。三、實(shí)驗(yàn)器材pc機(jī)一臺(tái)Zemax軟件ZemaxManual一冊(cè)(英文版)四、實(shí)驗(yàn)步驟牛頓式反射望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)示意圖輸入數(shù)據(jù)：第一面，光闌面的曲率半徑列輸入-2000.0,負(fù)號(hào)表示為凹面，厚度值-1000.0,“Glass”列輸入“MIRROR”。選擇“System”，“General”，然后在“通用數(shù)據(jù)對(duì)話框(GeneralDataDialogBox)”中輸入一個(gè)200的孔徑值，并單擊“OK”。ZEMAX使用的缺省值是波長(zhǎng)550,視場(chǎng)角0?，F(xiàn)在打開(kāi)一個(gè)圖層窗口，光線顯示了從第一面到像平面的軌跡，此時(shí)像平面在鏡面的左邊。如下圖：1:LayoutZ=-791,Y=-105.7n更新1:LayoutZ=-791,Y=-105.7n更新(Update)(U)設(shè)宣(Settings)(S)打印(Print)(P)窗口(Window)(W)交本ext)C0縮放?gm)辺更新(Update)(U)設(shè)冒(Settings)(S)打印(Print](P]窗口(Window)(W)文本仃劭帥OS!t(Zoom)(Z)LR丫ni」TWEDTUN22TDT口1_LENGTHiLQQQ?laiaCiiZiiZiMMLEMS?ZMXCDM尸工nURRTIDM]OF1第一面的“Conic”列輸入-1。現(xiàn)在選“System”，“Update”菜單項(xiàng)刷新所有的窗口，在更新后的點(diǎn)列圖上，你可以看到有一小簇的光線在六角環(huán)帶的中心，RMS點(diǎn)尺寸是0。如下圖：就2:SpotDiagramX=-1.788,Y=-0.1462i嚴(yán)構(gòu)造轉(zhuǎn)折面：第一面的厚度改為-8Oomm。像平面工°按insert在主面與像平面之間插入一個(gè)虛構(gòu)的面。新的虛構(gòu)面上輸入一個(gè)-200.0的厚度值。單擊“Tools”，“AddFoldMirror”，然后設(shè)置“FoldSurface”為2,單擊“0K”。通過(guò)“Analysis”，“Layout”，“3DLayout”菜單來(lái)得到。如下圖：

朋3:3DLayoutZ朋3:3DLayoutZ--557.7rY--47.07^^JrCUpdateXU)?￡Satting(S)打印fPrinflCP]目口CWindowlfWl3.構(gòu)造遮攔面：第一面，厚度設(shè)為900mm。雙擊第一面的“Standard”在對(duì)話框中為孔徑類型選擇圓形遮攔(“CircularObscuration”)，“最大半徑(MaxRadius)”輸入40,然后單擊0K，再更新3維圖.選擇“Setting”，然后將第一面和最后一面的選項(xiàng)分別改為1和6,或單擊“Reset”,然后按“OK”。如下圖：思考題與實(shí)踐題：1、牛頓反射式望遠(yuǎn)鏡屬于我們《應(yīng)用光學(xué)》書(shū)本上所介紹的那種望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)？答：是的。2、牛頓反射式望遠(yuǎn)鏡較容易產(chǎn)生彗差，我們?nèi)绾卧赯emax中利用不同的入射光線來(lái)體現(xiàn)出此彗差？該反射系統(tǒng)有色差嗎？答：牛頓反射式望遠(yuǎn)鏡產(chǎn)生的彗差，造成影樣偏離軸心擴(kuò)散的變形現(xiàn)象。這種擴(kuò)散在光軸上為零，隨著鏡子的視域呈線性的增加，也與焦距除以口徑的商(焦比)的平方反比來(lái)擴(kuò)散。通常在焦比大于f/6的系統(tǒng)，彗差已經(jīng)可以忽略掉，不會(huì)影響目視或攝影的結(jié)果。焦比小于f/4的系統(tǒng)，雖然不能忽視彗差，但可以借由廣視野和低倍率成像來(lái)避免。同時(shí)，透鏡也可以用在修正牛頓主鏡的彗差上，讓影像恢復(fù)原有的明銳。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)三：施密特一卡塞格林望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)三：施密特一卡塞格林望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆語(yǔ)emax中非球面鏡面的定義與輸入方法掌握Z(yǔ)emax中利用非球面鏡的優(yōu)化像差熟悉Zemax中MTF的使用二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)帶多項(xiàng)式非球面矯正器施密特一卡塞格林系統(tǒng)優(yōu)化該系統(tǒng)的色球差三、實(shí)驗(yàn)器材pc機(jī)一臺(tái)Zemax軟件ZemaxManual一冊(cè)（英文版）四、實(shí)驗(yàn)步驟1?輸入數(shù)據(jù):選擇“SYSTEM”，“GENERAL”，輸入10作為孔徑值。在同一個(gè)屏幕上，將單位“毫米（Millimeters）”改為“英寸（Inches）”。選擇“SYSTEM”，“WAVELENGTHS”，得到“波長(zhǎng)數(shù)據(jù)”屏幕，設(shè)置3個(gè)波長(zhǎng)：486,587，和656，其中587為主波長(zhǎng)。如下圖：選擇2DLayout演示一下圖形以驗(yàn)證一切是否就緒?，F(xiàn)在我們將加入輔助鏡面，并安放像平面。我們以后將讓ZEMAX為輔助面計(jì)算恰當(dāng)?shù)那省，F(xiàn)在修改表格，使之如下表所示的以表達(dá)一個(gè)新的面。如下圖：—旦—r■■.Lensumaranor—旦—r■■.Lensumaranor1EditSolvesOptionsHelpSurf:TypeComiLLentRadiusThicknessGlass0EJStaiidardInfinityInfinityISTOStaiidardInfinity1.000000E：K7EStaiidardInfinity60.0000003Staiidard-60.000000-18.000000MIP.P.OR4StaiidardInfinityV28.000000MIP.ROP.注意:我門(mén)已將主反射面的距離減小至1—18,第四面的半徑已經(jīng)被加入了7*-個(gè)變量標(biāo)記。新圖層，檢查一切是否正常。如下圖:腕1:腕1:LayoutZ-33.99,￥--6.138-^^T(Update)(U]:5S(￡ettinge)(￡)打印(Print)(P]奩口(WindoWCW)X2.優(yōu)化及光學(xué)性能分析：選擇“Editors”“MeritFunction”顯示評(píng)價(jià)函數(shù)編輯從評(píng)價(jià)函數(shù)編輯窗口菜單中選“Tools”“DefaultMeritFunction”單擊“Reset”然后改變“Rings”選項(xiàng)為“5”，單擊OK。選“Tools”，“Optimization”選“Automatic”評(píng)價(jià)函數(shù)很快將下降到約1.3。選擇“SYSTEM”“UPDATEALL”然后選擇“ANALYSIS”“FANS”“OPTICALPATH”演示OPD圖，OPD圖顯示離焦和球差。如下圖：齣3:OPDFanPupil二0.5847fData二2.981-口更新(UpdateO(U)設(shè)置宙fitting吋⑸打育口[WindowJfW]向右移動(dòng)光標(biāo)直到“4thOrderTerm”列，鍵入Ctrl-Z，當(dāng)前為0。這樣就給這個(gè)參數(shù)設(shè)置了一個(gè)變量標(biāo)記。也在“6thOrderTerm”和“8thOrderTerm”上設(shè)置變量標(biāo)記?，F(xiàn)在選擇“Tools”“Optimization”再單擊“Automatic”單擊“Exit”。再次更新OPD圖，如下圖：

DRTRFDR0.LTO3.4DRTRFDR0.LTO3.4丄,3LIRFFICE；IhfiGELENS.ZM＞：：CDN尸工GURRTinr-J1nF1副4:FFTMTFFreq=94.32rMTF=0.5003-口更新(Update)(U)設(shè)晝(Suttings)(S)打印(Print)(P)裔口fWindow)(W)toLUHl岀snTnsw7S0,5033DEG5□2ItoLUHl岀snTnsw7S0,5033DEG5□2I□EI.EIE1.HZE弓E.弓T3FHTZEFILFREQUENCTIMCYCLESF'ERMILLi