光学设计实验要点

实验1 单透镜(a singlet) 实验目的 开始 ZEMAX,输入波长和镜片数据,生成 光线特性曲线(ray fan),光程差曲线(OPD),和点列图(Spot diagram),确定厚度求解方法和变量,进行简单的优化。 实验要求: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 实验步骤: 1 运行 ZEMAX。ZEMAX 主屏幕会显示镜片数据编辑(LDE)。 2 选择“系统(System)”菜单下的“波长(Wavelengths)”。 屏幕中间会弹出一个“波长数据(Wavelength Data)”对话框。 。用鼠标在第二和第三行的“使用(Use)”上单击一下,将会 增加两个波长使总数成为三。现在,在第一个“波长”行中输入 486, ,在第二行的波长列中输入 587,后在第三 行输入 656。“权重(Weight)” 这一列用在优化上,以及计算波长权重数据如 RMS 点尺寸和 STREHL 率。现在让所有的权为 1.0,单击 OK 保存所做的改变,然后退出波长数据对话框。 3 设置这个孔径值,选择“系统”中的“通常(General)”菜单项,出现“通常数据(General Data)”对话框,单击“孔径值(Aper Value)”一格,输入一个值:25。插入第四个面,只需移动光标到像平面(后一个面)的“无穷 (Infinity)”之上,按 INSERT 键。这将会在那一行插入一个新的面,并将像平面往下移。 4 现在我们将要输入所要使用的玻璃。移动光标到第一面的“玻璃(Glass)”列,即在左边被 标作 STO 的面。输入“BK7”并敲回车键。移动光标到第 1 面(我们刚才输 入了 BK7 的地方)的厚度列并输入“4”。 5 现在,我们需要为镜 片输入每一面的曲率半径值。在第 1 (STO)和 2 面中分别输 入这些值。符号约定为: 如果曲率中心在镜片的 右边为正,在左边为负。 这些符号(+100,-100) 会产生一个等凸的镜片。 我们还需要在镜片焦点 处设置像平面的位置,所 以要输入一个 100 的值, 作为第 2 面的厚度。 6 先选择“分 析(Analysis)”菜单,然后选择“图(Fan)”菜单,再选择“光线像差(Ray Aberration)”。你 将会看到光线特性曲线图在一个小窗口显示出来(如果看到任何出错信息,退回并确认是否所有 你所输入的数据与所描述的是一致的)。光线特性曲线图如图所示。 7 在第 2 面的厚度上双击,弹出 SOLVE 对话框,它只简单地显示 “固定(Fixed)”。在下拉框上 单击,将 SOLVE 类型改变为“边 缘 光 高 ( Marginal Ray Height)”,然后单击OK。从光线特性曲线窗口菜单,单击“更新(Update)”(在窗口任何地方双击也可更新), 其光线特性曲线图如图所示。 8 将光标移到第1面的半 径这一列,然后按Ctrl-Z(如果你喜欢用菜单界面,单击“半径”,然后选择SOLVES,再从LDE 菜单中选变量“Variable toggle”;你也可以在“半径”上双击,得到一个下拉的选择列,其中包 括了变量状态)。注意,出现“V”表示一个可变的参量。按Ctrl-Z与菜单的功能相同。再在第2 面半径以及第2面的厚度上设置变化的标志,。第2面的厚度变化时,它的值会复盖(overrides) 先前用求解定出的值。 9 从主菜单中选择“编辑(Editors)”菜单下的“评价函数”。出现一个 与LDE类似的电子表格。从这个新的窗口的菜单条上,选择“工具(Tools)”菜单下的“缺省评 价函数”。再在出现的对话框中,点击Reset,然后OK。在第一行中的任何一处单击鼠标,使光标移动到评价函数编辑的第一行,按下INSERT键插 入新的一行。现在,在“TYPE”列下,输入“EFFL”然后按回车。此操作数控制有效焦距。移 动光标到“Target”列,输入“100”然后按回车。其“权重(Weight)”输入一个值:1。这样 我们就完成了评价函数的定义。 10 现在从主菜单条中选择“工 具”菜单下的“佳化 (Optimization)”,会显示佳 化工具对话框。注意“自动更新 (Auto Update)”复选框。如果 这个选项被选中,屏幕上当前所 显示的窗口(如光学特性曲线图) 会按佳化过程中镜头的改变而 被自动更新。在该复选框中单击 选择自动更新,然后单击“自动 (Automatic)”,ZEMAX会很快 地减少评价函数。单击“退出 (Exit)”关闭佳化对话框。 11 在Analysis中选择wavefront打开wavefront Map如图

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