ZEMAX光学实验--单镜片

实验名称 单镜片(Singlet) 一、实验目的：启用Zemax，如何键入wavelength，lens data，产生ray fan，OPD，spot diagrams，定义thickness solve以及variables，执行简单光学设计最佳化。 设计一个F/4单镜片在光轴上使用，其focal length 为100mm，在可见光谱下，玻璃为BK7镜片。 【ZEMAX光学实验--单镜片】 ZEMAX是一款强大的光学设计软件，广泛应用于光学系统的设计和分析。本实验的目的是让学生熟悉Zemax的基本操作，包括设置波长、输入镜头数据、绘制光线风扇（Ray Fan）、计算OPD（Optical Path Difference）、生成斑点图（Spot Diagrams）以及进行简单的光学设计优化。实验任务是设计一个F/4的单镜片，焦距为100mm，用于光轴上的应用，选择的材料是常见的光学玻璃BK7，适用于可见光谱。 **实验步骤详解** 1. **设计界面开启**：启动Zemax软件，进入Lens Data Editor (LDE)，在这里定义光学系统的各个参数，如镜片类型、数量、曲率半径、厚度、大小和位置等。 2. **设置光波波长**：在主菜单的"System"下选择"Wavelengths"，输入要求的波长，如0.486μm、0.587μm和0.656μm，分别代表可见光的蓝、绿和红光。 3. **设定透镜孔径**：根据F/4的要求，孔径值为100mm除以4，即25mm。在"General Data"下设置"Aperture Value"为25，并选择"Entrance Pupil Diameter"作为孔径类型。 4. **创建面型**：在LDE中，初始有OBJ（物镜）、STO（间隔）和IMA（像镜）三个表面。为单镜片设计，需要添加一个表面，通过"Insert Surface"在STO后面插入第四个表面，编号为2。 5. **输入镜片材质**：在STO的glass栏中输入"BK7"，表示使用BK7玻璃。同时设定第一面的厚度和曲率半径，第二面的厚度和曲率半径。 6. **检验设计**：在"Analysis"菜单下选择"Fans"，查看Ray Aberration，通过图示评估横向色差。纵轴EY表示Y方向的像差，X方向的像差则对应Sagittal。 7. **优化设计**：将表面2的厚度solve类型改为"Marginal Ray Height"，确保边缘光线在光轴上的高度为0。接着，使表面1的曲率半径变为可变参数，同样处理表面2的曲率半径和厚度。通过定义Merit Function，让Zemax自动调整变量以优化设计，使实际焦距接近设定的100mm。 在实验过程中，还需要了解和掌握其他关键概念，如OPD用于分析光程差，斑点图用于评估成像质量，以及厚度solve和variable的设定用于优化光学性能。通过这些步骤，学生将能深入理解光学设计过程，为更复杂的光学系统设计奠定基础。在实际应用中，可能需要多次迭代和优化，以达到最佳的光学性能和成像效果。