zemax基本操作和透镜设计实验

2023年12月30日发(作者：部门职责)

Zemax基本操作和透镜设计

一、 实验目的

学习ZEMAX软件的安装过程，熟悉ZEMAX软件界面的组成及基本使用方法。设计一个单透镜和一个双胶合透镜。

二、 实验要求

1、 掌握ZEMAX软件的安装、启动与退出的方法。

2、 掌握ZEMAX软件的用户界面。

3、 掌握ZEMAX软件的基本使用方法。

4、 学会使用ZEMAX的帮助系统。

三、 实验内容

○单透镜设计

用BK7玻璃设计一个焦距为100mm的F/4单透镜，要求在轴上可见光范围内。

1. 打开ZEMAX软件，点击新建，以抹去打开时默认显示的上一个设计结果，同时新建一个新的空白透镜。

2. 在主菜单-系统-光波长弹出的对话框中输入3个覆盖可见光波段的波长，设定主波长。同样在系统-通用配置里设置入瞳直径值。

3. 在光阑面的Glass列里输入BK7作为指定单透镜的材料，并在像平面前插入一个新的面作为单透镜的出射面。

4. 输入相关各镜面的厚度和曲率半径。

5. 生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线和实体模型、渲染模型等分析图来观察此时的成像质量。

6. 利用Solve功能来求解镜片厚度，更新后观察各分析图的相应变化。

7. 利用主菜单-工具-优化-优化来对设计进行优化，更新后观察各分析图的相应变化。

8. 调用并建构优化函数（Merit Function），在优化后更新全部内容，然后观察各分析图的相应变化。

9. 分别调用点列图、OPD图以及焦点色位移图（主菜单-分析-杂项）来观察最优化后的成像质量。

10. 将此设计起名保存，生成报告。

优化前

优化后

○双胶合透镜设计

以前一个实验内容设计优化后的单透镜为基础，添加一块材料为SF1玻璃的透镜来构建双透镜系统，进一步优化成像质量。

1. 插入新的平面作为第二块透镜的出射面，输入相关镜面的厚度、曲率半径以及玻璃类型值（BK7、SF1）。

2. 生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线和实体模型、渲染模型等分析图来观察此时的成像质量。

3. 沿用前例的优化函数，在优化更新后观察各分析图的相应变化，并分别对比单透镜时的点列图、OPD图以及焦点色位移图（主菜单-分析-杂项）的相应变化，观察双透镜此时的成像质量。

4. 利用利用Solve功能来求解镜片边缘厚度，更新后更新后观察各分析图的相应变化。

5. 定义视场（系统-视场）来测试此双透镜的离轴特性。

6. 将此设计起名保存，生成报告。

优化前

优化后

四、验结果及分析

无论是单透镜还是双胶和透镜设计时优化前和优化后各种光学参数有明显的差距，使得所设计的透镜的球差，波相差，离焦等光学参数明显减小，比较符合设计意图，虽然一部分软件原理并不是十分清楚（只是按照规定步骤进行的），但是还是在一定程度上了解和掌握了光学设计软件Zemax的使用方法和主要功能，已基本达到的实验目的。