ZEMAX光学设计报告

实用文档应用光学实验报告姓名：xxx班级：xxx学号：xx实验目的1.了解学习使用zemax软件，并用zemax完成透镜实验。

2.了解学习使用tfcalc软件，并用tfcalc完成光学薄膜设计和分析实验。

实验内容1.应用zemax设计一个F/4的镜片，焦距为100mm，在轴上可见光谱范围内，使用BK7玻璃。

生成光学特性曲线，光程差曲线，点列图，并进行简单优化。

2.应用tfcalc设计一个光学薄膜，并进行分析。

实验过程任务一1.根据教程学习了解zemax。

2.首先，运行ZEMAX。

为系统输入波长，在第一个“波长”行中输入486，在第二行的波长列中输入587，最后在第三行输入656。

3.设置权重为1.0。

4.定义孔径。

由于需要一个F/4镜头，所以需要一个25mm的孔径。

5.增加第四个表面。

物体所在面为第0面，然后才是第1（STO是光阑面），第2和第3面（标作IMA）。

6.选用玻璃BK7。

并输入镜片厚度是4mm。

7.确定曲率半径，前面和后面的半径分别是100和-100，并输入一个100的值，作为第2面的厚度。

8.应用光线特性曲线图进行判断。

9.优化设计。

10.应用点列图及OPD图衡量光学性能。

任务二1.根据教程学习了解tfcalc。

2.运行tfcalc。

3.设置光薄膜层数。

4.设置每层所用的物质（如TIO2，SIO2等）。

5.运行获得分析曲线图。

实验结果任务一图一光线特性曲线图图二光线特性曲线图（纠正离焦后）图三像差图图四OPD图图五多色光焦点漂移图图六点列图任务二图七（选用6层薄膜，材料如图所示）说明：采用六层薄膜，介质分别为SIO2,TIO2，SIO2,TIO2，SIO2,TIO2。

图八（设置“反射”所得）说明：波长在400—700nm之间薄膜适合透射，在700—1200nm之间适合反射。

图九（设置“透射”所得）说明：波长在400—700nm之间透射率在90%—100%之间，适合透射，波长在700—1200nm之间透射率下降，适合反射。

第1篇一、实验目的1. 了解光学设计的基本原理和过程；2. 掌握光学设计软件（如ZEMAX）的基本操作和应用；3. 通过实验，提高对光学系统性能的评估和优化能力；4. 深入理解光学系统中的各类元件及其作用；5. 培养团队协作和实验操作能力。

二、实验器材1. 光学设计软件（ZEMAX）；2. 相关光学元件（透镜、棱镜、光阑等）；3. 光具座、读数显微镜等辅助仪器；4. 设计说明书和镜头文件。

三、实验内容1. 光学系统设计思路（1）系统结构框图：设计一个简单的光学系统，包括物镜、目镜、光阑等元件，使系统成正像。

（2）系统结构设计：根据系统结构框图，设计物镜、目镜、光阑等元件的几何参数，并确定系统的主要技术参数。

2. 镜头设计（1）物镜设计：根据设计要求，选择合适的物镜类型，确定物镜的焦距、孔径、放大率等参数。

（2）目镜设计：根据设计要求，选择合适的目镜类型，确定目镜的焦距、放大率等参数。

3. 系统优化（1）优化物镜和目镜的几何参数，提高成像质量。

（2）优化系统整体性能，如分辨率、对比度等。

4. 仿真分析（1）使用ZEMAX软件进行光学系统仿真，观察成像质量。

（2）分析仿真结果，对系统进行进一步优化。

5. 实验报告撰写（1）总结实验过程中遇到的问题及解决方法。

（2）对实验结果进行分析和讨论。

四、实验步骤1. 设计光学系统结构框图，确定系统的主要技术参数。

2. 在ZEMAX软件中建立光学系统模型，设置物镜、目镜、光阑等元件的几何参数。

3. 优化物镜和目镜的几何参数，提高成像质量。

4. 优化系统整体性能，如分辨率、对比度等。

5. 使用ZEMAX软件进行光学系统仿真，观察成像质量。

6. 分析仿真结果，对系统进行进一步优化。

7. 撰写实验报告，总结实验过程、结果及分析。

五、实验结果与分析1. 实验结果（1）物镜焦距：f1 = 100mm；（2）目镜焦距：f2 = 50mm；（3）放大率：M = 2；（4）分辨率：R = 0.1mm；（5）对比度：C = 0.8。

ZEMAX 光学设计报告一、设计目的通过对设计一个双胶合望远物镜，学会zemax 软件的基本应用和操作。

二、设计要求设计一个全视场角为1.56°，焦距为1000mm ，且相对孔径为1:10的双胶合望远物镜，要求相高为y`=13.6mm 。

三、设计过程1.双胶合望远物镜系统初始结构的选定1.1选型由于该物镜的全视场角较小，所以其轴外像差不太大，主要校正的像差有球差、正弦差和位置色差。

又因为其相对孔径较小，所以选用双胶合即可满足设计要求。

本系统采用紧贴型双胶合透镜组，且孔径光阑与物镜框相重合。

1.2确定基本像差参量根据设计要求，假设像差的初级像差值为零，即球差0'0=L δ；正弦差0'0s =K ；位置色差0'0=FC l δ。

那么按初级像差公式可得0===∑∑∑I I I I C S S ,由此可得基本像差参量为0===I ∞∞C W P 。

1.3求0P)(()⎪⎩⎪⎨⎧+-+-=∞∞∞∞火石玻璃在前时冕牌玻璃在前时2202.085.01.085.0W P W P P因为没有指定玻璃的种类，故暂选用冕牌玻璃进行计算,即0085.00-=P 。

1.4选定玻璃组合鉴于9K 玻璃的性价比较好，所以选择9K 作为其中一块玻璃。

查表发现当000.0=I C ,与0085.00-=P 最接近的组合是9K 与2ZF 组合，此时对应的038.00=P 。

此系统选定9K 与2ZF 组合。

9K 的折射率5163.11=n ，2ZF 的折射率6725.12=n ，038319.00=P ,284074.40-=Q ,06099.00-=W ，009404.21=ϕ，44.2=A ,72.1=K 。

1.5求形状系数Q一般情况下，先利用下式求解出两个Q 的值：AP P Q Q 00-±=∞再与利用下式求的Q 值相比较，取其最相近的一个值：)(1200+-+=∞A P WQ Q因为 0P P ≈∞，所以可近似为284074.40-==Q Q ,06099.00-==∞W W 。

zemax课程设计实验报告一、教学目标本课程旨在通过学习Zemax课程设计实验报告，让学生掌握光学设计的基本原理和方法，培养学生运用Zemax软件进行光学系统设计和分析的能力。

1.掌握光学基本概念和原理，如透镜、镜片、光路等。

2.熟悉Zemax软件的操作界面和功能。

3.了解光学系统设计的基本步骤和方法。

4.能运用Zemax软件进行简单光学系统的设计和分析。

5.能根据设计要求，优化光学系统性能。

6.能撰写简单的Zemax课程设计实验报告。

情感态度价值观目标：1.培养学生对光学学科的兴趣和好奇心。

2.培养学生团队合作精神和自主学习能力。

3.培养学生关注实际问题，运用所学知识解决实际问题的意识。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括光学基本概念、Zemax软件操作、光学系统设计方法和实验报告撰写。

1.光学基本概念：包括透镜、镜片、光路等基本知识。

2.Zemax软件操作：学习Zemax软件的操作界面、功能和基本操作。

3.光学系统设计方法：学习光学系统设计的基本步骤和方法，如系统需求分析、光学元件选型、光学设计等。

4.实验报告撰写：学习如何撰写Zemax课程设计实验报告，包括实验目的、原理、过程、结果和结论等。

三、教学方法本课程采用讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性。

1.讲授法：用于讲解光学基本概念、原理和Zemax软件操作方法。

2.讨论法：用于探讨光学系统设计方法和实验报告撰写技巧。

3.案例分析法：分析实际案例，让学生了解光学系统设计的应用和实际意义。

4.实验法：让学生动手实践，培养实际操作能力和解决实际问题的能力。

四、教学资源本课程所需教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备。

1.教材：选用《Zemax课程设计实验报告》教材，用于指导学生学习光学基本概念和Zemax软件操作。

2.参考书：提供相关光学设计和Zemax软件使用的参考书籍，丰富学生的知识储备。

第1篇一、实验目的1. 理解光学系统设计的基本原理和方法。

2. 掌握光学设计软件的使用，如ZEMAX。

3. 学会光学系统参数的优化方法。

4. 通过实验，加深对光学系统设计理论和实践的理解。

二、实验器材1. ZEMAX软件2. 相关实验指导书3. 物镜镜头文件4. 目镜镜头文件5. 光学系统镜头文件三、实验原理光学系统设计是光学领域的一个重要分支，主要研究如何根据实际需求设计出满足特定要求的成像系统。

在实验中，我们将使用ZEMAX软件进行光学系统设计，包括物镜、目镜和光学系统的设计。

四、实验步骤1. 设计物镜（1）打开ZEMAX软件，创建一个新的光学设计项目。

（2）选择物镜类型，如球面镜、抛物面镜等。

（3）设置物镜的几何参数，如半径、厚度等。

（4）优化物镜参数，以满足成像要求。

2. 设计目镜（1）在ZEMAX软件中，创建一个新的光学设计项目。

（2）选择目镜类型，如球面镜、复合透镜等。

（3）设置目镜的几何参数，如半径、厚度等。

（4）优化目镜参数，以满足成像要求。

3. 设计光学系统（1）将物镜和目镜的镜头文件导入ZEMAX软件。

（2）设置光学系统的其他参数，如视场大小、放大率等。

（3）优化光学系统参数，以满足成像要求。

五、实验结果与分析1. 物镜设计结果通过优化，物镜的焦距为100mm，半视场角为10°，成像质量达到衍射极限。

2. 目镜设计结果通过优化，目镜的焦距为50mm，半视场角为10°，成像质量达到衍射极限。

3. 光学系统设计结果通过优化，光学系统的焦距为150mm，半视场角为20°，成像质量达到衍射极限。

六、实验总结1. 通过本次实验，我们掌握了光学系统设计的基本原理和方法。

2. 学会了使用ZEMAX软件进行光学系统设计。

3. 加深了对光学系统设计理论和实践的理解。

4. 提高了我们的动手能力和团队协作能力。

5. 为今后从事光学系统设计工作打下了基础。

注：本实验报告仅为示例，具体实验内容和结果可能因实际情况而有所不同。

ZEMAX实验报告一、实验目的本实验旨在通过使用ZEMAX光学设计软件，了解和掌握光学系统的设计与分析方法，并通过实际操作掌握ZEMAX软件的使用技巧。

二、实验原理三、实验内容1.安装和熟悉ZEMAX软件。

首先进行软件的安装和启动，并浏览和熟悉软件的界面和功能按钮。

2.构建简单光学系统。

根据实验要求，通过添加光学元件和定义其参数，构建一个简单的光学系统。

3.分析光学系统的性能。

使用ZEMAX软件对光学系统的像差、光斑大小等性能进行分析。

4.优化光学系统的设计。

根据分析结果，对光学系统进行调整和优化，以使其性能达到要求。

四、实验步骤1.打开ZEMAX软件，并新建一个光学系统文件。

2. 添加光学元件。

点击“Add Surface”按钮，在光学系统中添加透镜、曲面、衍射光栅等光学元件。

3.定义光学元件的参数。

根据实际需求，输入光学元件的曲率、厚度、折射率等参数。

4. 设置光学系统的光源。

点击“Source”按钮，并设置光源位置和光束发散角度等参数。

5. 进行光线追迹。

点击“Ray Trace”按钮，在光学系统中发射光线并追踪光线的传播路径。

6.分析光学系统性能。

根据光线追踪结果，使用ZEMAX软件对光学系统的像差、光斑大小等性能进行分析。

7.优化光学系统设计。

根据分析结果，适当调整光学系统中的光学元件参数，使光学系统性能达到要求。

8.导出分析结果。

最后可以将优化后的光学系统性能结果导出为报告或图表。

五、实验结果和分析通过使用ZEMAX软件进行光学系统设计和分析的实验，我们可以得到光学系统的像差、光斑大小等性能指标。

通过分析结果，可以发现光学系统的设计是否满足了要求，并根据需求对光学系统进行调整和优化。

在优化光学系统设计的过程中，我们可以通过改变曲率、厚度和折射率等参数来调整光学元件的性能。

通过不断迭代优化，可以使光学系统的准确度和性能得到改善。

六、实验总结通过本次实验，我们了解和掌握了ZEMAX光学设计软件的使用方法，并通过实际操作进行了光学系统的设计和分析。

ZEMAX光学设计报告一、引言ZEMAX是一种广泛应用于光学设计和仿真的软件工具，它提供了一系列功能强大的工具和算法，可以帮助光学工程师进行光学系统的设计、优化和分析。

本报告将介绍使用ZEMAX进行的光学设计，并详细阐述设计的目的、方法和结果。

二、设计目的本次光学设计的目的是设计一种能够产生高质量成像的透镜系统。

通过使用ZEMAX软件进行光学设计和优化，我们希望能够在保持高分辨率和低畸变的同时，尽可能减小像差和光能损失，实现最佳成像效果。

三、设计方法1.初始设计：根据设计要求和限制条件，我们首先进行了初步的系统设计。

选取了适当的光学元件，如凸透镜、凹透镜、平面镜等，通过摆放和调整位置来搭建初始的光学系统。

2. Ray Tracing：使用ZEMAX的Ray Tracing功能，我们可以模拟光线在光学系统中的传播和反射。

通过调整折射率、半径和曲率等参数，我们可以对光线进行控制和优化，实现所需的成像效果。

3. Aberration Analysis：使用ZEMAX的Aberration Analysis功能，我们可以对系统的像差进行分析。

通过查看球差、色差、像散、畸变等参数，我们可以对光学系统进行调整和优化，以提高成像的质量和准确性。

4. Optimization：在初步设计和光线追迹分析的基础上，我们使用ZEMAX的优化功能来调整光学系统的各个参数，以达到最佳的成像效果。

通过设置目标函数和约束条件，优化算法可以在设计空间中最优解，帮助我们找到最佳的设计方案。

5. Iterative Refinements：根据优化结果，我们进行了反复的调整和优化，以进一步改善光学系统的成像效果。

通过多次迭代，我们逐渐接近最优解，达到了设计要求。

四、设计结果通过使用ZEMAX进行光学设计和优化，我们成功地设计出了一种可以产生高质量成像的透镜系统。

经过多次优化和迭代，我们达到了如下设计目标：1.高分辨率：经过系统优化，我们成功降低了球差和色差等像差，提高了光学系统的分辨率。

ZEMAX光学设计报告一、引言光学设计是光学工程师进行光学系统设计的重要工作。

在光学设计中使用的软件工具众多，其中一种常用的软件是ZEMAX。

本报告将介绍使用ZEMAX进行光学设计的方法，并通过一个实例来展示其应用。

二、ZEMAX光学设计1.建模在使用ZEMAX进行光学设计之前，首先需要进行系统的物理建模。

在ZEMAX中，通过定义光学元件（如透镜、镜面等）的物理属性和位置来建立光学系统模型。

可以通过输入几何参数、折射率、表面形态等信息来定义各个光学元件，并通过图形界面进行可视化设置。

2.优化光学系统的优化是光学设计的核心任务之一、在ZEMAX中，可以通过调整光学元件的位置、物理参数等来优化系统的性能。

可以设置优化目标，比如最小化像差、最大化能量聚焦等，然后通过ZEMAX的优化算法进行自动求解，得到最优解。

3.分析ZEMAX还提供了各种分析工具，可以对光学系统进行性能评估。

例如，可以通过光线追迹分析来研究几何光学传输过程，可以通过波前分析来评估系统的像差，可以通过MTF（调制传递函数）分析来评估系统的分辨力等。

这些分析工具有助于工程师对设计系统的性能进行评估和改进。

三、实例展示为了更好地展示ZEMAX的应用，我们以光学显微镜的设计为例进行介绍。

1.建模首先，在ZEMAX中建立光学系统模型。

我们可以通过输入光学元件的参数，比如透镜的曲率半径、厚度等来定义系统的物理属性。

然后，使用图形界面将这些光学元件拖拽到适当的位置，形成光学系统的结构。

2.优化接下来，我们可以通过优化光学系统的性能来改进设计。

比如，可以通过调整透镜的位置、厚度等参数来最小化系统的像差、最大化系统的分辨率等。

在ZEMAX中，可以设置优化目标并选择适当的优化算法，然后让软件自动进行求解。

在求解过程中，可以通过ZEMAX提供的分析工具对系统进行实时评估。

3.分析最后，我们可以使用ZEMAX提供的分析工具对设计好的系统进行性能评估。

比如，可以通过光线追迹分析来确定光学系统的传输特性，可以通过MTF分析来评估系统的分辨能力等。

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设计要求设计一个照相物镜，系统焦距f’=9mm，相对孔径1:4设计过程1.系统建模1.1选取初始结构从《光学设计手册》（李士贤，郑乐年编，北京理工大学出版社，1990）中选取了一个1.2系统特性参数输入在General系统通用数据对话框中设置孔径和玻璃库，如图1-1，图1-2。

打开视场设定对话框设置5个视场，如图1-3。

打开波长设定对话框点击“Select>>F,d,C(visible)”自动加入三个波长，如图1-4。

表1-1图 1- 1图 1- 2图1- 3图1- 41.3初始结构输入对照表1-1，在Lens Data Editor中输入初始结构，如图1-5。

利用Zemax中的“solve”功能，求解透镜组最后一面的厚度。

选取需要设计的单元格，在“Solve”中选取“Thickness”，弹出“Thickness Solve on surface 7”求解对话框。

在对话框“Solve type”中选择“Marginal ray height”，将“Height”值输入为“0”，表示将像面设置在边缘光线聚焦的像方焦平面上，如图1-6，图1-7。

图 1-5图1-6图 1-71.4调整系统焦距打开“System Data”系统数据报告窗口，查看系统现有焦距，为65.65414mm，如图1-8，与设计要求不符，需要通过缩放功能进行调整。

选择“Tools>>Scale Lens”,缩放因子为9/65.65414=0.137082，在Scale By Factor缩放因子后填入0.137082，如图1-9。