光学设计实验一单透镜系统设计

2023年12月30日发(作者：逛花灯)

实验一 ：单透镜系统

一.实验目的

熟悉 ZEMAX软件，学习单透镜的设计方法及原理过程，及透镜的优化方法；

二.单透镜结构性能要求

1） 相对孔径为1/4（F/#为4），焦距为100mm；

2） 视场角为0︒；

3）厚度为3mm；

4）相对波长为可见光波长；

5）玻璃材料为BK7 ；

三.实验步骤

1.打开ZEMAX软件，在 LDE 中显示的有三个面：物平面以 OBJ 表示,光阑面以

STO 表示,像平面以 IMA 表示；

2.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），和像平面（IMA）；

3.系统参数设置： 相对孔径：F/#是相对孔径的倒数，即为4（system一general）；

视场角为0︒（system一field）；

相对波长为可见光波长（system一wavelength）；

4.结构参数设置：曲率半径为100mm；

材料为 BK7；

厚度为3mm；

如下图所示：

单透镜系统如下图所示：

如下图所示点列图：

四．透镜优化过程

1.将曲率半径设为变量，权重为1，厚度设为Marginal Ray Heigh，在评价函数

在“TYPE”列下，输入“EFFL”然后Tools一最佳化Optimization。

如下图所示：

2.单击菜单栏Tools一最佳化Optimization，如下图所示：

五．优化后的光学系统分析

1. 观察光线特性曲线图。从光线特性曲线窗口菜单，单击“更新（Update）”（

窗口任何地方双击也可更新），其光线特性曲线图。现在，离焦已消失，主要的像差是球差，单透镜校正不了色差，如下图所示：

2. 对于点列图，优化后的系统弥散斑越来越小，如图所示：

3. 对于wavefront Map图，像差从42.2减小到3.5，如下图所示：

4. 对于多色光焦点漂移图，纵坐标表示波长范围，覆盖了所定义的波长段，焦

距的最大变化范围约为1522微米。对于单透镜镜片来说，其曲线的单调变化类型是很典型的，如下图所示：