光学设计实验报告.docx

实验一??单透镜设计 一、实验目的：? （1）熟悉光学设计软件Zemax操作界面；? （2）将知道如何键入光学系统的波长（wavelength)、镜头数据(Lens?Data)、光线像差(Ray?Aberration)、fan，光程差（OPD)，点列图（spot?diagrams?)等等。? （3）确定厚度求解方法（thickness?solve)和变量（variables)，执行简单光学设计最佳化。?? 二、实验环境：? （1）、硬件环境：普通PC机?（2）、软件环境：ZEMAX软件平台? 三、实验内容：? 设计一个相对孔径F/4单镜片，在光轴上可见光谱范围内使用，其焦距（focal?length）为100mm，用冕牌BK7来作镜片。? 四、实验步骤：? （1）运行ZEMAX。ZEMAX主屏幕会显示镜片数据编辑(LDE)，可以对LDE窗口进行移动或重新调整尺寸。LDE有多行和多列组成：曲率半径(radius)、厚度(thickness)、玻璃(class)和半径口径(Aperture)等列使用最多，其他的则在特定类型的光学系统中才会用到。? LDE中的小格会以“反白”方式高亮显示，即以与其它格子不同的背景颜色将字母显示在屏幕上。这个反白条表示的是光标，可以用鼠标在格子上点击来操作。? （2）系统参数设置。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。对于我们的单透镜来说，我们共需要四个面：物平面，前镜面（同时也是光阑面），后镜面，和像平面。要插入第四个面，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） ，第2 和第3 面（标作 IMA）。 现在我们将要输入所要使用的玻璃。移动光标到第一面的“玻璃（Glass）”列，即在左边被标作 STO 的面。输入“BK7”并敲回车键。 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。填写表格如下： 点击Analysis中layout的2D layout，显示如下： 此时需观察下列几幅图： 三：优化方案： 将曲率半径设置为变量，双击Radius，在出现表格中选择类型为第二项，点击OK，设置好后显示如下： 工具栏中Editors下Mert function得下表： 点击该表格中Tools下Default Mrit Function…弹出下表 点击OK，表格转变如下： 在第一栏插入一行，在Type列输入EFFL，回车，在该行处添加数据，如下：点击主工具栏中Tools下Optimization，显示如下表： 点击Automatic，等待运行结束，点击Exit，上面表格将改变一些数据，如下表： 此时，观察Analysis下layout中2D Layout，如下： 此时，需观察如下几幅图： 至此，优化结果所得出的镜片曲率使焦距大致为100mm，并且使这个简单的系统具有了一个尽可能小的RMS波前差。因为EFFL限制是一个被看做与其他的像差一样的“权重”指标。 实验二:双透镜 一、实验目的：? （1）熟悉光学设计软件Zemax操作界面；? （2）将知道如何产生图层、视场曲率图、定义视场角等等。?（3）用离焦来平衡球差的方法和定义边缘厚度求解。?? 二、实验环境：? （1）、硬件环境：普通PC机;? （2）、软件环境：ZEMAX软件平台;? 三、实验内容：? 设计一个相对孔径F/4双交合透镜镜片，在光轴上可见光谱范围内使用，其焦距（focal?length）为100mm，用冕牌BK7和火石玻璃SF1来作镜片。? 四、实验步骤：? 一个双透镜包括两片玻璃，通常（但不一定）是胶合的，因此它们有一个共同的曲率，通过使用两片具有不同色散特性的玻璃，一阶色差可以被矫正。现在，我们保持先前100mm焦距和在轴上的设计要求，下面将会加入视场角。插入新的面，知道你的LDE窗口看上去下面的表格。不是所有的列都被显示出来。如果需要移动光阑的位置以使第一面成为光澜面，可以通过双击所要使之成为光澜面的那一行的表面类型列，然后选择“Ma