ZEMAX光學(xué)設(shè)計軟件應(yīng)用訓(xùn)練試驗報告要點

東莞理工學(xué)院ZEMAX光學(xué)設(shè)計軟件應(yīng)用訓(xùn)練實驗報告學(xué)院：年級專業(yè)班級：姓名：學(xué)號：指導(dǎo)老師成績實驗課程名稱光學(xué)設(shè)計軟件應(yīng)用訓(xùn)練實驗項目名稱實驗一：鏡頭設(shè)計 雙鏡片的構(gòu)造與測試部分一、實驗?zāi)康模菏煜emax的光學(xué)優(yōu)化設(shè)計功能；熟悉Zemax中關(guān)于光學(xué)性能分析的幾種像差參數(shù)；二、實驗內(nèi)容：設(shè)計雙膠合鏡片鏡頭。利用Zemax軟件優(yōu)化并測試該鏡頭的光學(xué)性能。三、實驗器材：pc機(jī)一臺Zemax軟件ZemaxManual—冊（央文版）四、實驗步驟1、 運行zemax。2、輸入波長數(shù)據(jù)： 選擇"系統(tǒng)（System）”菜單下的"波長（Wavelengths）”。屏幕中間會彈出一個"波長數(shù)據(jù)（WavelengthData）”對話框。用鼠標(biāo)在第二和第三行的"使用（ Use）”上單擊一下，將會增加兩個波長使總數(shù)成為三。 在第一個“波長”行中輸入0.486;在第二行的波長列中輸入 0.587；在第三行輸入0.656。“權(quán)重（Weight）”讓所有的權(quán)為1.0,單擊OK。3、輸入鏡片數(shù)據(jù)： 定義一個孔徑，選擇“系統(tǒng)”中的“通常（ Genera）'菜單項，出現(xiàn)“通常數(shù)據(jù)（GeneralData）”對話框，單擊“孔徑值（ApertureValue）”一格，輸入一個值： 25。插入面，只需移動光標(biāo)到像平面（最后一個面）的“無窮（ Infinity）”之上，按INSERT鍵（Edit菜單里面也有insert操作）。移動光標(biāo)到第一面的“玻璃（ Glass）”列，輸入“BK7”并敲回車鍵，厚度列輸入 4,半徑是100。移動光標(biāo)到第二面的“玻璃（ Glass）”列，輸入“SF1”并敲回車鍵，厚度3,半徑-100。移動光標(biāo)到第三面厚度 100,半徑-100。注意缺省的單位是毫米。■ eagerHuangElniMpdm'iT'+|T*si|JLMAXlf-E:\ZIMM \LE*r5ZIMXESH中 ?-?Ra^niwmugflintGiiue1■ eagerHuangElniMpdm'iT'+|T*si|JLMAXlf-E:\ZIMM \LE*r5ZIMXESH中 ?-?Ra^niwmugflintGiiue1I^ETiMIVjMdhl1i-WiHMri!IwvEliTafiXiLEfIhfXKlTIa.dMDCilL,J-JL-.-lL-4.0MMAutU-MflXID.MOMD1釈巾卿PMIF1LIIHWIQHMD&Jrt*iTfcgj.EInfltilCrT-Dir如1:KayFan||5JWiS?&nai■&）扌咱工即皿訥■匚諱Qcm■Ml￡^<"|iLD■pg4、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，光線特性曲線通過原點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?點擊OK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“評價函數(shù)”，選擇“編輯”菜單下的“評價函數(shù)”，出現(xiàn)一個表格。選擇“工具”菜單下的“缺省評價函數(shù)”點擊reset，然后0K。第1行中的任何一處點擊鼠標(biāo)，使光標(biāo)移到評價函數(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。光標(biāo)移到“target”列輸入100然后按回車?！皺?quán)重”輸入1。現(xiàn)在從主菜單條中選擇“工具”菜單下的“最佳化（ Optimization””，會顯示最佳化工具對話框。注意“自動更新（AutoUpdate””復(fù)選框。然后單擊“自動（Automatic””，ZEMAX會很快地減少評價函數(shù)。單擊“退出（Exit””關(guān)閉最佳化對話框。如下圖H ZEHAXEE-E\21MAX?TME|t-\LtW.ZMX ?壽氐：Fi?J囲 哄 三斬■⑷IRlodMTj M■:naj|M| 壬錄加Mij-Ok>t-沖 UNg阻畑■L-vLmIR-^lOriRdl刎|Hf中:|A■呼1畑唧他1s?--??￡?2€t*:er^e-Huarg、itdribiHX朋tmi更HR■燈冃m(EH円"■HLr屛IJ：SJE■3.EMOMD.TMIW3-L“7ajZ4i&hMdl’S■3.EMOMD.TMIW3-L“7ajZ4i&hMdl’S軸丸1?l4?MMO伸諂TQTIkH 卞：陽卄軸丸1?l4?MMO伸諂TQTIkH 卞：陽卄*n *HilU|JBk 'HOlWMritvjOAT立範(fàn)T?1|En^Zacm)O2葉ulZ-珂眩V*-0.9714 *°■吸匕MhHIU L)町HXEll內(nèi)?Q|”皿釗帽i1TiT*M|[I]■0c>?cj￡InxK?：i? 1：F?#lMrtl ■0■^4*IUii4rifii'J)窖■="4諒(4昇>Is^iIh^IIH'i?<「一酣|—4(^,￥^S7rrr*wOTi7.離軸特性：選擇"系統(tǒng)”"field” 得到"field data”對話框，單擊第2、3行的"use”選擇3個視場，y視場列的第2行輸入7,第3行輸入10,其他為0。選擇“系統(tǒng)”“更新”，得到光學(xué)特性曲線圖，如下圖所示。P 2:LayoutZ=22.35,Y-5.929 -口El瀏1:RayFanPupil=-03387,Data=993.1 -口更^(Update](U) :SSEetting引國F701(Prir7t)(P)fflE(Window)(W) ?^(Updata](U)冕迓佔etting曲國打遜Prints調(diào)fflD(Window)(W)選擇"analysis"，“miscellaneous"，“fieldcurv/dist”場曲線如圖所示。7：FieldCurv/D&2UpdateSettingsPrintWindovrTextZoomFIELDCURVATURE DISTORTION-see a.oeMlLLlMfertSS5.00?G?叢3.00 EP&?CfeNT2CPLE-UCUHW1UREXDIS^DRTLONWCD「UH2220J6rtHZTMliMFIELDTS10.^00UAUR_PNCTHS! 0.歸右(5.5Q7 0.46&LENS.ZNXC0N=I3URA^I口N□F1實驗項目名稱實驗二：牛頓式反射望遠(yuǎn)鏡一、 實驗?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。二、 實驗內(nèi)容設(shè)計一個F/5的牛頓式望遠(yuǎn)鏡，焦距為1000mm利用Zemax構(gòu)造一個轉(zhuǎn)折面；利用Zemax軟件觀察該望遠(yuǎn)鏡三維圖形。三、 實驗器材pc機(jī)一臺Zemax軟件ZemaxManual—冊(英文版)四、 實驗步驟牛頓式反射望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)示意圖1?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)對話框(GeneralDataDialogBox)”中輸入一個200的孔徑值，并單擊“OK'。ZEMAX^用的缺省值是波長550,視場角0?，F(xiàn)在打開一個圖層窗口，光線顯示了從第一面到像平面的軌跡，此時像平面在鏡面的左邊。如下圖：1:LayoutZ=-791,Y=-105.7 -更新(Upd對田(U)iSS(Setting5)(SJ打fll(Print)(P)窗口(Window](W)^5K(Zoom)(Z)iLirrauTWEDTUW32^014TOTALLEmBTVIiL餉0.00?MML￡N￡?ZMXcon尸工gurfutiok1「尸1第一面的"Conic”列輸入-1?，F(xiàn)在選"System”，“Update”菜單項刷新所有的窗口，在更新后的點列圖上，你可以看到有一小簇的光線在六角環(huán)帶的中心， RMS點尺寸是0。如下圖：斷2:SpotDiagram斷2:SpotDiagramX=-1.78B,Y=-0.1462 -B^r(Update)(U)設(shè)詈俗etting可⑸打01(Prirrt)(P)W(Window)(WJ2.構(gòu)造轉(zhuǎn)折面：第一面的厚度改為-800mm。像平面，按Insert在主面與像平面之間插入一個虛構(gòu)的面。新的虛構(gòu)面上輸入一個 -200.0的厚度值。單擊"Tools”，“AddFoldMirror”，然后設(shè)置“FoldSurface”為2,單擊"0K。通過“Analysis”,"Layout”，“3DLayout”菜單來得到。如下圖：P? 3z3DLayoutZ--SS7.7tY=-47.37 -口^SfrfUpdatff'CUIi殳詩「SettirqG作】 FT印〔Print】fP〕 rWindowliWi立4=（T"口[Ti帀曲（了001-|門（石1WE◎亡DJUN33LEH3.TMXGHWFr=L|iFFlTTCN1口戶I3?構(gòu)造遮攔面： 第一面，厚度設(shè)為 900mm雙擊第一面的“Standard”，在對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分別改為 1和6，或單擊“Reset”，然后按“0K。如下圖：削3:3DLayoutZ=-430.4HY=-19-71 -°?^(Update}(Ujig&fSetting5)⑸打印(PrinlJ(P)窗口(Window)(W)文本仃岸就〕ES8放(Zqom][Z]曰口I-HE門~UEDTUN522ML右LENS.WX匸DWIGLlgFITroiM丨□產(chǎn)1思考題與實踐題：1、 牛頓反射式望遠(yuǎn)鏡屬于我們《應(yīng)用光學(xué)》書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避免。同時，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。實驗項目名稱 實驗三：施密特一卡塞格林望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)一、 實驗?zāi)康恼莆語emax中非球面鏡面的定義與輸入方法掌握Zemax中利用非球面鏡的優(yōu)化像差熟悉Zemax中MTF的使用二、 實驗內(nèi)容設(shè)計一個帶多項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、 實驗器材pc機(jī)一臺Zemax軟件ZemaxManual—冊（英文版）四、 實驗步驟1?輸入數(shù)據(jù)：選擇“SYSTEM,“GENERA”輸入10作為孔徑值。在同一個屏幕上，將單位“毫米（Millimeters）”改為“英寸（Inches）”。選擇“SYSTEM,“WAVELENGTHS得到“波長數(shù)據(jù)”屏幕，設(shè)置3個波長：486,587,和656，其中587為主波長。如下圖：Edit鼻知出OptionstlebSurf-TypeCowment：RadiusThicknessClassOBJStandardInfinityInfinitySTOStandardInfinityJ.?000000BK72S-tandardTnf￡□?Q000003Staxidard-60.0000007Q?QooaooHIRROPITUbandardIn￡ini^y選擇2DLayout演示一下圖形以驗證一切是否就緒?，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)一個新的面。如下圖：EditScrtv&sOptians-旦曰bSui!f:TypeThiuJiii■&ssOBJScaiiilai：flInfInlcyInfinitySTOStandardInfmic-v1.000000BK72Sr-andarclIn￡Inlcy60.0000003-go.OOO'OOO-18.0000004InfVZS.gggimiIrafinity注意我們已將主反射面的距離減小到 -18，第四面的半徑已經(jīng)被加入了一個變量標(biāo)記。新 2DLayout圖層，檢查一切是否正常。如下圖：

軌 1：LayoutZ-33,99,V=-6.188 -口更新心 j5WcSrttingsj/￡}H0(Ptirrt)P1ftn(Windcw)fW52.優(yōu)化及光學(xué)性能分析： 選擇"Editors”，“MeritFunction ”顯示評價函數(shù)編輯從評價函數(shù)編輯窗口菜單中選"Tools”，"DefaultMeritFunction ”，單擊"Reset”，然后改變"Rings”選項為“5”,單擊0K。選"Tools”，"Optimization”，選“Automatic”，評價函數(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:斜3:OPDFanPupil=0.5847rData二2.981頁新[Update)(U)設(shè)冒 ngs)(S)打印(Print)(P)窗□(Window)(W)文本(TExt)iCr)^5Jf(Zoom)(Z)M—CBT：0.00內(nèi)仍DEG111II I II 1 I I I1I I II I111才“III*-電Ap --/□PTUCPIILIPHTH口芷尸尸ERENCETiUETUNl31呂00右MR：：CIMlIMSCRLEi七LG.UAUES.01.HBd>I- □.UENS.IMXSURFACE5IPAGEGCINFXGURFITIQNI]OF1注意大約有4個波長的像差仍然有待改正?，F(xiàn)在單擊第一面（光闌面）的“ STANDARD表面類型,從所顯示的對話框選擇“EVENASPHERE單擊OK。向右移動光標(biāo)直到“4thOrderTerm”列，鍵入Ctrl-Z，當(dāng)前為0。這樣就給這個參數(shù)設(shè)置了一個變量標(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：

斑 3:OPDFan -口更新(Update)(U) 打?。鸓rintHP】$a(Window](W]文本(Text)CO1?Sl(Zaom)(Z)DFTICFIILFRTH口IFFEFE^CETUETUHSSaOH4MAXIMUMSCALSO*□-UAUES.&?MllBlfiB.5BS ?白5臼Sy^FRCE:IMAGELENSuIMX匚口NFIGURFITIOfM】匚11= 1設(shè)置第一面的半徑為變量，再次優(yōu)化(Tools,Optimization,Automatic)。評價函數(shù)將會再次下降。現(xiàn)在單擊EXIT，更新OPD圖。如下圖：文本仃ext)E細(xì)放〔Zearn〕(Z)kJ■CBT:囪.0000DEC；Z\/X'-/A3:MDFTX匚HL.F>RTH口HFFEPTEH匚巨TUETIM512dI；MAXIMUM ■S-QHMRUS^i曲?Di5B3 歸.白曰吧3SURFRICE:IMRGELENSrIMXCONFIGUFFITXdH)OF1從主菜單，選SYSTEMFIELDS，并將視場角的個數(shù)設(shè)置為 3,輸入y-角0.0,0.3和0.5度。在評價函數(shù)編輯時，選 Tools，DefaultMeritFunction ，并將RINGS改為4，單擊OK。如下圖:

n如下圖3;ORDFsn口戸TTI~F1IIPFITIHrn~F=l=PFPkl|-i=SURFACE9IMFVGE，然后單擊Automatic，當(dāng)已聚集后，單擊 EXIT，再次更新OPD圖?，F(xiàn)在選n如下圖3;ORDFsn口戸TTI~F1IIPFITIHrn~F=l=PFPkl|-i=SURFACE9IMFVGE，然后單擊Automatic，當(dāng)已聚集后，單擊 EXIT，再次更新OPD圖?，F(xiàn)在選Tools,Optimization3:OPDFanDFXICl^PATH□IFFEREIMCESURFACE:IMAGE3.使用MTF功能：要看MTF圖，可從主菜單中選擇Analysis->MTF->FFTMTF。如下圖:更$r(Updato)(U) iSSfScttingg}(￡)打HltPrintJfP) ?LZ](Windc>wJ(Vfl更$f(Updats](U)設(shè)豊【Attinge)⑸fTEn(Print)(P)?O(WindowjCWJ文本(Text](T)SB5E(Zoorri)(ZjsatB>aSIBHLENS.IMX匚ONFTGURFITIOM1OF1TUGTUN3)3(314MRXIHIJHSCHU*t UAUES?4&6r.EE；50’白￡白MPKIWUM§J：RL§ibfc0.R0L1AIJGS-m,耳呂在7i-raa.心弓&O4:FFTMTFFreq=9斗.3乙MTF=0.5003 -更斷(Upd已le)(U) -5tS(Se?ttlrng^)(S) 打