ZEMAX实验报告

内窥镜物镜zemax实验报告1. 引言内窥镜是一种用于检查人体内部器官的医疗工具。

其核心部分是物镜系统，通过物镜系统的设计和优化，可以实现对细微结构的观察和诊断。

本实验使用Zemax 软件对内窥镜物镜进行设计和模拟，以探究最佳物镜设计。

2. 实验目的通过Zemax软件的应用，熟悉内窥镜物镜设计的基本原理和方法，优化物镜系统的参数，提高成像效果。

3. 实验步骤与结果3.1 系统参数设定在Zemax软件中，我们首先设定内窥镜物镜的系统参数。

我们设定了以下参数：- 系统口径：3 mm- 入射光波长：550 nm- 视场角：20 度- 物点位置：50 mm3.2 系统设计根据设定的参数，我们通过Zemax软件进行物镜系统的设计。

我们尝试了多种设计方案，并对比了不同方案的成像效果。

通过调整物镜的曲率和距离等参数，我们最终设计得到了一个较好的成像效果。

以下是该方案的详细参数：- 物镜表面数量：2- 物镜表面曲率：50 mm，100 mm- 物镜表面厚度：5 mm，5 mm- 物镜间距：20 mm3.3 成像模拟在物镜系统设计完成后，我们使用Zemax软件对成像效果进行模拟。

通过模拟，我们可以观察到成像的清晰度、畸变情况和像差等信息，并进行修正和优化。

以下是我们的成像模拟结果：- 成像清晰度：通过调整物镜曲率和距离等参数，我们获得了良好的成像清晰度，能够清晰地观察到物体细节。

- 畸变情况：通过应用畸变校正技术，我们成功地减小了畸变现象，在图像中可以观察到较少的畸变。

- 像差修正：通过对物镜系统的光学参数进行调整，我们成功地降低了像差的影响，提高了成像质量。

3.4 优化与改进在进行上述实验过程中，我们也发现了一些问题和不足之处。

通过对实验结果的分析，我们总结出一些优化和改进的方向：- 减小系统的光损失：在实际应用中，光损失是一个重要的问题。

通过优化系统的光学元件材料和涂层等参数，可以有效减小光损失，提高光传输效率。

目录第一章引言 (1)第二章镜头结构的设计指标 (2)2.1相关规格的确定 (2)2.2镜头总像素与COMS像素的匹配 (2)2.3透镜材料及结构的选择 (2)2.4材料的厚度 (3)2.5 设计指标 (3)第三章 zemax软件 (3)3.1 zemax软件简介 (3)3.1.1软件特色 (4)3.2zemax软件界面介绍 (4)3.2.1 Lens Data Editor(LDE) (4)3.2.2 Aperture（光圈） (5)3.2.3 Wavelength Data(波长设定) (5)3.3 zemax软件功能简介 (6)第四章 500万像素手机镜头设计 (6)4.1初始结构选择 (6)4.1.1 500万像素手机镜头4P专利结构简介 (7)4.2设计结果 (7)4.2.1光路图 (7)4.2.2详细参数 (8)第五章结果分析，误差调试 (9)5.1误差调试 (9)5.2优化后的分析 (10)5.2.1场曲和畸变 (10)5.2.2球差 (10)5.2.3.色差 (11)5.2.4 RMS Radius（均方根半径） (12)5.2.5 MTF（光学调制传递函数） (13)5.2.6 本设计达到指标 (14)第六章结论 (15)参考文献 (16)第一章引言从手机开始配备拍照功能以来，手机摄像头的像素以很快的速度上涨，从最初的10万像素到30万像素、100万像素、200万像素、300万像素、500万像素，再到现在的800万像素，1000万像素。

09年6月三星推出了全球首款1200万像素手机Pixonl2(M8910)，采用1200万像素CMOS图像传感器及289mm广角镜头，提供了足以媲美数码相机的拍照等多项功能，可见手机大有将时尚卡片DC取而代之的劲头。

不过据调查，虽然像素一直在涨，但是500万以上像素手机由于价格比较高，市场占有率很低，现在200万像素和300万像素仍是摄像手机市场主流，而500万像素的市场增长速度已显著增加。

zemax基本操作要点（1）镜头参数输入：在zemax中，对镜头参数输入有如下约定：1）透镜表面个数（面数）2）符号规则：曲率半径r：如曲率中心位于镜片表面右侧，则曲率半径为正；反之为负厚度d：如下一表面位于当前表面的右侧，则两表面之间的厚度为正；否则为负(2)Gen(General Lens Data 通用)这个按钮用于调用系统数据对话框，它用来定义作为整个系统的公共数据，而不是仅仅与单个面有关的数据。

常用的选项有以下几个：1)Aperture(孔径)系统孔径表示在光轴上通过系统的光束大小。

要设置系统孔径，需要定义系统孔径类型和系统孔径值。

Aperture Type：Entrance Pupil Diameter(入瞳直径)Image Space F/#(像空间F/#)Object Space Numerical Aperture(物空间数值孔径)Float By Stop Size(随光阑浮动)Paraxial Working F/#(近轴工作F/#)Object Cone Angle(物方锥角)2)Ray Aiming(光线校准)如果光线校准关闭，ZEMAX将会以光线充满入瞳为来确定进入系统的光线方向以及能量大小。

当Ray Aiming分别为Paraxial和Real时，光线分别按照近轴和实际光线追迹方式。

光线充满光阑Stop面。

*Ray aiming使用前应通过Analysis——Fans——Pupils Aberration 先查看一下入瞳象差*当系统的F/#较小时，使用Paraxial Ray Aiming会引起较大的误差，应使用Real Ray Aiming。

（3）Fie(Field Data 视场)视场对话框可以确定视场点。

视场可以用Angle(角度)、Object Height(物高)、Paraxial Height(近轴像高)、Real Image Height(实际像高)这几种方式描述，具体情况根据系统特点选择。

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。

实验2.2
实验名称：反射聚焦系统
实验要求：设计一椭球反射镜，使其中一共轭点发出的光，汇聚到另一共轭点，成像光斑较小，并使物像位于光轴的上下22.5度，椭球半径为2049mm，二次项系数为－0.111111，物像距反射面的初始距离为2050mm，入设孔径角object cone angle为27度，或近轴F 数paraxial working F为2，波长为0.65um，要求利用fold mirror有效进行坐标变化；根据物距和像距关系找出最佳成像点；利用pick up保证物距和像距大小相等；分析成像光斑的形状和像差。

实验步骤：
1：初始数据
设置入射孔径角为27°，波长为0.65um。

2：镜片设置
将OBJ面的Thickness设为2050，然后将STO的曲率半径设为-2049，Thickness设为-2050，Glass设为MIRROR，Conic设置为-0.111111，之后选择STO添加fold mirror，将角度设置为22.5°，查看结果。

3：优化
设置OBJ的Thickness为变量，使用pick up将STO设置为与OBJ的Thickness相反。

设置优化函数优化并查看结果。

实验结果：
图1 未优化前的IDE
图2 未优化前的3D视图
图3 未优化前的像差
图4 未优化前的像斑
图5 优化后的IDE
图6 优化后的3D视图
图7 优化后的像差
图8 优化后的像斑
ZEMAX功能与用途：
设置入射孔径角，设置椭球面，
实验总结：
通过本次试验学会了如何设计反射聚焦系统，但是优化函数无效果，不知道到底是哪里设置不对，致使系统的参数很不理想，像差很大。

实验名称：牛顿望远镜一.实验要求：系统焦距为1000mm ，F number为F/5，初始表面曲率半径为2000mm，Wavelength选用0.550um，field angel为0；合理设计结构，分别使反射面为球面和抛物面，比较两结构像差的不同；利用fold mirror在不改变像距前提下改善成像位置，使其离开光轴。

二.实验步骤：1：初始数据设置选择波长为0.550um；入瞳孔径为200，视场角为0。

2：镜头数据设置在STO上的Radius项中键入-2000 mm;在thickness中键入-1000，在Glass 项中键入MIRROR。

之后查看点列图与像差。

3：更改反射面在STO的Conic项键入-1，将反射面改为抛物面，查看点列图与像差。

4：改变成像位置先将STO的thickness改为-800，然后在其后插入面2，将其thickness设置为-200，然后Tools中的Add Fold Mirror，并将角度设置为45°，查看3D视图。

三.实验结果：图1反射镜为球面时的LDE图2 反射镜为球面时的视图图3 反射镜为球面时的像差图4 反射镜为球面时的点列图图5 反射镜为抛物面时的像差图6 反射镜为抛物面时的点列图图7 添加fold mirror 后的IDEZEMAX功能与用途：返回快速查看使用mirrors，conic constants，coordinate breaks，three dimensional layouts，obscuration。

使用conic constants常量更改面的形状，0为默认球面，1为抛物面等等。

实验总结：返回快速查看本次试验学习了牛顿望远镜的设计，通过更改点阵图的显示方式来观察实验结果，以及像差的校正过程：通过更改反射面的形状。

应用光学实验报告姓名：xxx班级：xxx学号：xx1.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。

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. 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。

课 程 设 计光学显微镜设计设计题目学 号专业班级指导教师学生姓名 测量显微镜根据学号得到自己设计内容的数据要求：1.目镜放大率10(即焦距25）2.目镜最后一面到物面距离1103.对准精度1.2微米按照实验步骤，先计算好外形尺寸。

然后根据数据要求选取目镜与物镜。

我先做物镜。

因为这个镜片比较少。

按物镜放大率选好物镜后，将参数输入。

简单优化，得到比较接近自己要求的物镜。

然后做目镜，同样的做法，这个按照焦距选目镜，将参数输入。

将曲率半径设为可变量，调入默认的优化函数进行优化。

发现“优化不了”，所有参数均没有变化。

而且发现把光源放在“焦点”位置，目镜出射的不是平行光。

我百思不得其解。

开始认为镜头库的参数可能有问题。

最后我问老师，老师解释，那个所谓的“焦点”其实不是焦点，我错误的把“焦点”到目镜第一个面的距离当成了焦距。

这个目镜是有一定厚度的，不能简单等效成薄透镜。

焦点到节点的距离才是焦距。

经过老师指点后，我尝试调节光源到目镜第一面的距离，想得到出射平行光，从而找到焦点。

但这个寻找是很费力气的，事倍功半。

老师建议我把目镜的参数倒着顺序输入参数。

然后用平行光入射，然后可以轻松找到焦点。

但是，按照这个方法，倒着输入参数，把光源放在无限远的地方（平行光入射），发现光线是发散的。

不解。

还是按照原来的方法。

把光源放在目镜焦点上，尽量使之出射平行光。

然后把它与优化好的物镜拼接起来。

后来，加入理想透镜（会聚平行光线），加以优化。

还有一个问题，就是选物镜的时候，发现放大倍率符合了自己的需求，但工作距离与共轭距，不符合自己的要求。

这个问题在课堂上问过老师，后来经老师指点，通过总体缩放解决。

物镜参数及优化函数物镜（未缩放）物镜ray 物镜点列图物镜参数物镜各窗口目镜镜片参数目镜2D光路（未缩放）物镜各参数物镜加理想透镜优化物镜加理想透镜优化（ray）物镜加理想透镜优化（spt）显微镜显微镜光路及总体长度显微镜各参数显微镜加理想透镜，光线会聚（layout）显微镜加理想透镜（ray）显微镜加理想透镜（spt）显微镜加理想透镜（参数情况）总的来说这次实验，还是还是比较成功的。