ZEMAX实验指导书(初学的练习教程)

实验一光学设计软件ZEMAX的安装和基本操作

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。

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

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：

图：ZEMAX用户界面

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．学会从主菜单的编辑菜单下调出各种常见编辑窗口。

4．调用ZEMAX自带的例子（根目录下Samples文件夹），学会打开常用的分析功能项：草图（2D草图、3D草图、实体模型、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。

5．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。

6．掌握镜头数据编辑窗口的作用以及窗口中各个行列代表的意思。

7．从主菜单-报告下形成各种形式的报告。

8．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。

四、实验仪器

PC机

实验二基于ZEMAX的简单透镜的优化设计

一．实验目的

学会用ZEMAX对简单单透镜和双透镜进行设计优化。

二．实验要求

1.掌握新建透镜、插入新透镜的方法；

2.学会输入波长和镜片数据；

3.学会生成光线像差（ray aberration）特性曲线、光程差（OPD）曲线和点列图（Spot

diagram）、产生图层和视场曲率图；

4.学会确定镜片厚度求解方法和变量，学会定义边缘厚度解和视场角，进行简单的优

化。

三．实验内容

（一）. 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。

（二）. 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。

四．实验仪器

PC机

实验三基于ZEMAX的牛顿望远镜的优化设计

一．实验目的

学会使用ZEMAX软件对典型牛顿望远镜进行优化设计。

二．实验要求

1.掌握设立反射镜、使坐标中断的方法；

2.学会使用圆锥常量来优化成像质量；

3.学习点列图和3D图形分析像质的简单方法。

三．实验内容

利用ZEMAX软件来设计一个1000mm F/5的牛顿望远镜，即一个曲率半径为2000mm的镜面和一个200mm的孔径。

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LDE（透镜数据编辑器）中输入相关平面的曲率半径、厚度和玻璃类型值。

3.在主菜单-系统中设置孔径值，并沿用默认的波长和视场角值。

4.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。

5.生成标准点列图，并与艾利斑对比来进行像质的简单分析。

6.在像平面前插入一个新的虚构面（未来放置反射镜），合理设置中断的坐标值以获

得光阑面和虚构面的厚度，将两个厚度输入LDE中的相应位置。

7.从主菜单-工具-折叠反射镜里添加一个反射镜，设置交叠曲面为2，确定。

8.更新后观察此时的各分析图，注意分析那些图已经不再起作用了。通过相应按键

操作旋转缩放3D类的分析图来观察成像质量。

9.在光阑面（STO）前新添加一个圆形挡光面，设置合理的面厚度和挡光半径。

10.更新后重新观察此时的3D类分析图，观察此时的成像质量和效果。

11.更名存盘后生成报告。

四．实验仪器

PC机