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光学课程设计 ZEMAX 上机指导 例子一 望远物镜的设计 第一节课，讲解zemax 的基本操作界面以及各个菜单的功能。设计zemax 最基本的例子，并进行初级的像差分析和优化。 1.首先打开zemax，进入主界面 可以看到，最上方即是各个菜单栏，每一个栏目下又有许多选项，对应着不 同的功能，这在后续讲解中将会结合例子解释。菜单下面的一个个按键为常用的 一些选项的快捷键；中间的窗口是镜头数据编辑器（lens design editor，LDE）， 是我们进行透镜设计的主要场所。 2.点击菜单中的文件，确认zemax 处于序列模式下工作。 Zemax 中有两种模式：序列与非序列。两种模式均可进行设计，但侧重点有 所不同，我们学习的目的是借助于像差分析对所设计的透镜进行优化，这是序列 模式的功能，因此设计的第一步即是确认所选的模式为序列模式。 3.在例子一中我们要设计一个F/4，焦距为100mm 的透镜。F 数的定义为焦 距与光阑的比值，所以此透镜的口径即为25mm 。点击系统，选择通用数据： 在弹出的窗口中选择口径（aperture ），在口径类型处选择入瞳直径，数值输 入25mm 。 4.点击系统，选择光波长 勾选三个波长并如图中输入，或者直接在下方列表中选择可见光所代表的 F, d，C 三个波长；选择2 号波长作为主波长。 5.下一步，我们要在LDE 中输入我们设计的透镜的参数。 LDE 初始有三个面：物面（OBJ ）、光阑面（STO ）、像面（IMA）。我们设计的 单透镜，除了物面像面之外，应该有两个面，所以在LDE 中要插入一个面： 点选到LDE 的第1 行（LDE 中物面定义为第0 行），在点击编辑中的后插入。 LDE 中每一行代表一个面，主要参数有半径、厚度、玻璃材质、半口径等。 物面 （第0 面）的半径默认设置为无穷（Infinity），厚度也同样为无穷，即光源 到第一个面的距离无穷远，所以光源为平行光。 第1、2 面共同构成我们所要设置的透镜，根据设计要求，在两个面的半径 处分别输入100mm、-100mm。Zemax 中规定圆心在面的右边半径为正，在左边 则为负。厚度定义为当前面到下一面的距离，所以在第1 面处厚度即为透镜厚度， 输入4mm ，第2 面则输入100mm，即透镜到像面的距离。在玻璃材质处，同样 的，指的是当前面到下一面之间的材质为什么，空白为空气。在第1 面的Glass 处输入BK7。 6.点击分析——草图——2D 图： 得到设计的单透镜的结构光路图。然后我们需要调用其他特性曲线图进行像 差分析。 点击分析——特性曲线——像差曲线： 分析光学系统的像差，注意图标下部的最大比例尺寸。 点击分析——特性曲线——像差曲线： 分析光学系统的光线相对于主光线的光程差，注意图标下部的最大比例尺寸。 点击分析——点列图——标准点列图： 得到在像面上的成像光斑，图像下部有其均方根半径（RMS），即弥散斑半 径，以及其几何图形的实际半径值。 由上述的特性曲线分析可知，系统的成像性能并不好，需要进行优化。 7.初步优化 从系统2D 图中可以明显的看到，像面并不在成像最好的点。 回到LDE，选中2 面的厚度栏并右键点击： 在求解类型中选择边缘光线高度（Marginal Ray Height），高度与孔径区域是 0 。求解类型是相对于确定值的各种变量，用于优化使用，边缘光线高度是在像 面附近寻找满足所设置的高度的最佳位置。 确定后看到厚度从100 变为了96.08 。更新各个特性曲线图发现，系统成像 性能有所提升。但这并不是最好的优化结果，需要进一步优化。 8.设置变量 回到LDE，分别选中1 面的曲率半径，2 面的曲率半径和厚度，右键选择求 解类型为变量。 建立优化函数，也称为评价函数 点击编辑——优化函数： 在弹出窗口中选择工具——默认优化函数： 点击确定 得到zemax 自带的默认优化函数。 选中第一行，按insert 插入一行，在Type 处输入EFFL,即有效焦距。 Target 处输入100，权重设为1，这样，我们的优化函数与变量就建立好了。 9.优化 点击工具——优化： 点击自动，优化后结构参数发生变化。 更新各个特性曲线，