Zemax基本操作和透鏡設(shè)計(jì)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)ZEMAX軟件的安裝過(guò)程，熟悉ZEMAX軟件界面的組成及基本使用方法。設(shè)計(jì)一個(gè)單透鏡和一個(gè)雙膠合透鏡。

二、實(shí)驗(yàn)要求

1、掌握Z(yǔ)EMAX軟件的安裝、啟動(dòng)與退出的方法。

2、掌握Z(yǔ)EMAX軟件的用戶界面。

3、掌握Z(yǔ)EMAX軟件的基本使用方法。

4、學(xué)會(huì)使用ZEMAX的幫助系統(tǒng)。

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

○單透鏡設(shè)計(jì)

用BK7玻璃設(shè)計(jì)一個(gè)焦距為100mm的F/4單透鏡，要求在軸上可見光范圍內(nèi)。

1.打開ZEMAX軟件，點(diǎn)擊新建，以抹去打開時(shí)默認(rèn)顯示的上一個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)果，同時(shí)新建一個(gè)新的空白透鏡。

2.在主菜單-系統(tǒng)-光波長(zhǎng)彈出的對(duì)話框中輸入3個(gè)覆蓋可見光波段的波長(zhǎng)，設(shè)定主波長(zhǎng)。同樣在系統(tǒng)-通用配置里設(shè)置入瞳直徑值。

3.在光闌面的Glass列里輸入BK7作為指定單透鏡的材料，并在像平面前插入一個(gè)新的面作為單透鏡的出射面。

4.輸入相關(guān)各鏡面的厚度和曲率半徑。

5.生成光線像差特性曲線、2D、3D圖層曲線和實(shí)體模型、渲染模型等分析圖來(lái)觀察此時(shí)的成像質(zhì)量。

6.利用Solve功能來(lái)求解鏡片厚度，更新后觀察各分析圖的相應(yīng)變化。

7.利用主菜單-工具-優(yōu)化-優(yōu)化來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，更新后觀察各分析圖的相應(yīng)變化。

8.調(diào)用并建構(gòu)優(yōu)化函數(shù)（Merit

Function），在優(yōu)化后更新全部?jī)?nèi)容，然后觀察各分析圖的相應(yīng)變化。

9.分別調(diào)用點(diǎn)列圖、OPD圖以及焦點(diǎn)色位移圖（主菜單-分析-雜項(xiàng)）來(lái)觀察最優(yōu)化后的成像質(zhì)量。

10.將此設(shè)計(jì)起名保存，生成報(bào)告。

優(yōu)化前

優(yōu)化后

○雙膠合透鏡設(shè)計(jì)

以前一個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)優(yōu)化后的單透鏡為基礎(chǔ)，添加一塊材料為SF1玻璃的透鏡來(lái)構(gòu)建雙透鏡系統(tǒng)，進(jìn)一步優(yōu)化成像質(zhì)量。

1.插入新的平面作為第二塊透鏡的出射面，輸入相關(guān)鏡面的厚度、曲率半徑以及玻璃類型值（BK7、SF1）。

2.生成光線像差特性曲線、2D、3D圖層曲線和實(shí)體模型、渲染模型等分析圖來(lái)觀察此時(shí)的成像質(zhì)量。

3.沿用前例的優(yōu)化函數(shù)，在優(yōu)化更新后觀察各分析圖的相應(yīng)變化，并分別對(duì)比單透鏡時(shí)的點(diǎn)列圖、OPD圖以及焦點(diǎn)色位移圖（主菜單-分析-雜項(xiàng)）的相應(yīng)變化，觀察雙透鏡此時(shí)的成像質(zhì)量。

4.利用利用Solve功能來(lái)求解鏡片邊緣厚度，更新后更新后觀察各分析圖的相應(yīng)變化。

5.定義視場(chǎng)（系統(tǒng)-視場(chǎng)）來(lái)測(cè)試此雙透鏡的離軸特性。

6.將此設(shè)計(jì)起名保存，生成報(bào)告。

優(yōu)化前

優(yōu)化后

四、驗(yàn)結(jié)果及分析

無(wú)論是單透鏡還是雙膠和透鏡設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)化前和優(yōu)化后各種光學(xué)參數(shù)有明顯的差距，使得所設(shè)計(jì)的透鏡的球差，波相差，離焦等光學(xué)參數(shù)明顯減小，比較符合設(shè)計(jì)意圖，雖然一部分軟件原理并不是十分清楚（只是按照規(guī)定步驟進(jìn)行的），但是還是在一定程度上了解和掌握了光學(xué)設(shè)計(jì)軟件Zemax的使用方法和主要功能，已基本達(dá)到的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>