基于zemax的实验报告

实验四 基于ZEMAX的牛顿望远镜的优化设计一．实验目的学会使用ZEMAX软件对典型牛顿望远镜进行优化设计。

二．实验要求1.掌握设立反射镜、使坐标中断的方法；2.学会使用圆锥系数来优化成像质量；3.学习点列图和3D图形分析像质的简单方法。

三．实验原理1.牛顿望远镜基本结构：抛物面主反射镜+与光轴成45度的平面反射镜构成，是一种全反射式的望远镜物镜；2.对于球面凹面镜成像，有F=R/2的关系；3.圆锥系数（conic系数）：见于LDE窗口中每一行的第7列（Conic），这个系数是描述该行所代表的面的曲面函数中的非球面二次曲面系数，决定了该行代表的面的形状，典型值对应的面形状如下：Conic=0 球面；-1<Conic<0 主轴在光轴上的椭球面；Conic=-1 抛物面；Conic<-1 双曲面。

4.ZEMAX中关于在光路中新添加折叠反射镜仿真实现的步骤：定位置：：在所需要放置反射镜的位置添加一个虚构面（空面），由反射镜要（1） 定位置放置的位置决定添加虚构面后相应各面的厚度值的改变；（2） 添加反射镜：从主菜单-工具-折叠反射镜里添加一个反射镜，设置相关合适的参数。

5.鬼像与挡光板：（1） 鬼像：成像系统中一些非设计中的反射光线最终沿着非期望的路径达到像面后，会形成鬼像，影响成像质量。

（2） 为了尽可能消除鬼像的影响，对于那些位于光路范围内的中间器件（尤其是口径小于主光路口径的），例如本例中的平面反射镜，一般需要在其前面加一块挡光板，消除这些器件对光线不需要的反射。

挡光板的口径通常要比被挡元件的口径稍大。

（3） ZEMAX中挡光板的具体实现步骤：定位置：：在所需要放置挡光板的位置添加一个虚构面（空面），由其要放a.定位置置的位置决定添加虚构面后相应各面的厚度值的改变；设置参数：：将面型surf：type双击后的Aperture中的光圈类型从noneb.设置参数改为所需要的挡光类型（如圆形挡光），设置合理的挡光半径值，以略大于被挡元件半径为宜。

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。

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。

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。

zemax实验（1）镜头参数输入：在zema某中，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(GeneralLenData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。

ApertureType：EntrancePupilDiameter(入瞳直径)ImageSpaceF/#(像空间F/#)ObjectSpaceNumericalAperture(物空间数值孔径)FloatByStopSize(随光阑浮动)Para某ialWorkingF/#(近轴工作F/#)ObjectConeAngle(物方锥角)2)RayAiming(光线校准)如果光线校准关闭，ZEMA某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RayAiming分别为Para某ial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。

某Rayaiming使用前应通过Analyi——Fan——PupilAberration先查看一下入瞳象差某当系统的F/#较小时，使用Para某ialRayAiming会引起较大的误差，应使用RealRayAiming。

（3）Fie(FieldData视场)视场对话框可以确定视场点。

视场可以用Angle(角度)、ObjectHeight(物高)、Para某ialHeight(近轴像高)、RealImageHeight(实际像高)这几种方式描述，具体情况根据系统特点选择。

设计视场的选择一般小视场光学系统（2ω<80°）0、0.707、1.0中等视场光学系统（80°<2ω<140°）0、0.5、0.707、0.866、1.0大视场光学系统（2ω>140°）0、0.3、0.5、0.7、0.85、1.0视场权重：默认为1，最后根据需要不断修改。

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。

ZEMAX实验报告一、引言ZEMAX是一款常用于光学系统设计和优化的软件工具。

本实验旨在通过使用ZEMAX软件，设计并验证一个简单的光学系统，以加深对光学器件的理解，并掌握ZEMAX软件的使用方法。

本实验采用的光学系统为凸透镜成像系统。

二、实验目的1. 了解并熟悉ZEMAX软件的界面和基础操作方法。

2. 设计一个简单的凸透镜成像系统。

3. 验证设计成像系统的成像质量，并进行优化。

三、实验步骤1. 打开ZEMAX软件，进入新建系统的界面。

2. 选择光源，设置波长、光强等参数。

4. 添加目标平面和接收面，调整其位置和大小。

5. 进行光线追迹和模拟，分析成像效果。

6. 优化系统，调整凸透镜参数，如位置、厚度，以改善成像质量。

7. 记录和分析实验结果。

四、实验结果根据实验步骤，设计并模拟了一个凸透镜成像系统。

经过优化调整后，系统的成像质量得到了明显的提高。

在最终模拟结果中，目标物体能够清晰地成像在接收面上，成像质量较高。

五、讨论分析本实验通过使用ZEMAX软件设计和优化了一个简单的凸透镜成像系统。

通过实验结果可以发现，ZEMAX软件具有较高的计算精度和可视化效果，能够有效地进行光学系统的设计和分析。

通过不断调整凸透镜参数，我们成功改善了系统的成像质量，证明了ZEMAX软件在光学系统优化中的实用性。

六、结论通过本次实验，我们了解并掌握了ZEMAX软件的基础操作方法，并成功设计和优化了一个凸透镜成像系统。

实验结果表明，ZEMAX软件能够较好地模拟和分析光学系统，为光学器件的设计和优化提供了有力的工具。

1. ZEMAX软件使用手册。

2. 光学设计与光子技术教材。

八、致谢感谢指导老师对本实验的支持和指导，也感谢实验室的同学们在实验过程中的合作和协助。

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。