应用光学实验指导书2014分析.doc

应用光学计算机辅助实验 应用光学 实验指导书 何武光 湖北工程学院 目 录 实验一 光学设计软件ZEMAX的功能和基本操作…………………………………1 实验二 单透镜的设计及球差最小值………………………………………………4 实验三 消色差双胶合望远镜物镜优化设计………………………………………8 实验四 折叠反射镜面和坐标断点设计……………………………………………17 实验五 照明光学系统设计…………………………………………………………22 实验 一．实验目的 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，帮助系统。 二．实验设备及器材 硬件：PC机 软件：XP/WIN7系统，ZEMAX软件 三．实验内容及步骤 （一） 界面及基本操作 1．通过桌面快捷图标或“开始—程序”菜单运行ZEMAX，熟悉ZEMAX的初始用户界面，如下图所示： 2．浏览各个菜单项的内容，熟悉各常用功能、操作所在菜单，了解各常用菜单的作用。 3. 熟悉使用各个常用的快捷按钮。 4．学会从主菜单的编辑菜单下调出各种常见编辑窗口（镜头数据编辑、优化函数、多重数据结构）。 5．调用ZEMAX自带的例子（例如根目录下samples\tutorial\tutorial zoom2.zmx文件），学会打开常用的分析功能项：草图（2D草图、3D草图、渲染模型等）、特性曲线（像差曲线、光程差曲线）、点列图、调制传递函数等，学会由这些图进行简单的成像质量分析。 6．从主菜单中调用优化工具，简单掌握优化工具界面中的参量。 7．掌握镜头数据编辑（LDE）窗口的作用以及窗口中各个行列代表的意思。 8．从主菜单-报告下形成各种形式的报告。 9．通过主菜单-帮助下的操作手册调用帮助文件，学会查找相关帮助信息。 （二） 仿真光路图 根据已拟好的设计草图，在ZEMAX中实现光路仿真，包括光路系统整体设置、创建光学元件、透镜（组），元件间大致间距等。 1.光路系统的整体设置，包括此光学系统所适用的波长、入瞳直径、视场等，在主菜单-系统里有相应的各个设置。 2.创建光学元件、透镜（组），就是将设计草图中的各种光学元件用ZEMAX的方式去仿真实现。ZEMAX仿真的基本元素是面和面间距，仿真创建各种元件基本都以具体设置每个面和面间距的参数来实现。 （1）面：面的基本参数包括面型（Surf:type）、 曲率半径(Radius)、厚度(Thickness)、材料（玻璃）(Glass)，半口径(Semi-Diameter)等，每一个面对应于LDE窗口里的一个行，每一个参数对应LDE窗口里的一列，如下图： ZEMAX的默认面型是透明标准（Standard）球面，曲率半径和半口径为无穷（Infinity）。面的厚度和材料的定义都是以指定面起向后算到下一个面之间的这一段的厚度和材料。 （2）面间距：指的是该面在光轴上的交点到下一个面在光轴上的交点之间的距离，向右为正，向左为负。常用于标识透镜厚度、元件与元件的间距等。 例如：一个透镜的厚度，可以用透镜的前表面的面厚度值Thickness来完成仿真；前一个元件与后一个元件的间距，可以用前一个元件的后表面到后一个元件的前表面之间的面间距来完成仿真。 3.根据设计要求和设计草图，估算各个元件之间的大致间距，通过面间距的设置，实现整个光学系统的初步仿真。 4.仿真一个轴上点光源（）在物距为u=30mm时，由焦距为20mm，材料为BK7，口径为10mm的单正透镜成像的光路。 四、实验要求 1. 在实验报告中绘出仿真的光路草图。2. 比较分析LDE窗口中两个“半径”（Radius和Semi-Diameter）具体指的是什么 3. 试从4. 试试LDE中透镜面有几种方实验 一．实验目的 1. 掌握ZEMAX光学设计、结构参数输入方法光学单透镜度计算公式。球差的和计算WIN7系统，ZEMAX软件 三．实验内容及步骤 （一） 设计要求 设计一个F/4的镜片，焦距为100mm，在轴上可见光谱范围内，用BK7玻璃 （二） 参数计算 1、计算孔径 因为F数为4，所以相对孔径；又因为，所以口径D=25。 2、计算曲率半径 在这里，我们取等凸透镜，即，于是 查得BK7玻璃的折射率为1.5168，我们将光焦度规划为1，即 ，解得，我们将其放大100倍，则 ， （三） ZEMAX仿真步骤 选择“系统（System）”菜单下的“波长（Wavelengths）”，或者直接在快捷菜单中选择“Wav”。屏幕中间会弹出一个“波长数据（Wavelength Data）”对话框。ZEMAX中有许多这样的对话框，用来输入数据和提供你选择。选择“Select”，系统