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基于ZEMAX的简单透镜的优化设计

实验二 基于ZEMAX的简单透镜的优化设计

一. 实验目的

学会用ZEMAX对简单单透镜和双透镜进行设计优化。

二. 实验要求

1. 掌握使用ZEMAX实现光学优化设计的基本过程;

2. 学会生成光线像差(ray aberration)特性曲线、光程差(OPD)曲线和点列图(Spot diagram)、焦点色位移图和场曲图;

3. 学会面厚度的求解方法,学会定义透镜的边缘厚度解和视场角,进行简单的优化;

4. 初步掌握为实际生产和装配考虑的额外设计和优化。

三. 实验原理

(一) 基本设计过程

1. 拟好设计草图(光路图);2.软件仿真光路图;

3. 优化设计:像质分析评价—优化—再分析评价—再优化--……达到指标;

4. 输出结果。

(二)优化设计

仿真光路图完成以后,调用各种像质分析图进行像质分析评价,看设计是否达标,如还未达标,则恰当使用各种优化工具进行初步优化;然后再重新进行分析评价,看是否达标,如此反复,直到设计达标。

1. 像质分析图。本实验中需学会调用光线像差(ray aberration)特性曲线、光程差(OPD)曲线和点列图(Spot diagram)、焦点色位移图和场曲图来进行像质分析评价,各图可从主菜单-分析中调出。

光线像差(ray aberration)特性曲线:关于光瞳坐标函数的光线像差特征曲线,见理论课内容。

光程差(OPD)曲线:见理论课内容。

点列图(Spot diagram):

焦点色位移图(Chromatic Focal Shift):不同波长(颜色)的光线对于同一个正透镜的不同焦距的曲线,可直观看出色差的大小。

视场、场曲图:见理论课内容。

2. 调用优化工具进行优化。本实验中需掌握solves功能和评价函数(Merit Function)两种优化工具。

(1)Solves功能:解(solves),能使一些函数可以自动地调整特定值,可在曲率、

厚度、玻璃名称、半径、圆锥系数等参数上指定;

(2)评价函数:评价函数也叫优化函数,可由直接调用系统自带默认评价函数或用户自创评价函数来创建,函数中的变量由用户自己在镜头数据编辑框中设置,函数值会实时显示在评价函数编辑框的表头上,函数值越小,说明优化的结果越好。 使用评价函数对所设计系统进行优化的步骤:

(a)设置可供选择的变量;

(b)创建评价函数,可根据设计具体需要,直接调用系统自带默认评价

函数,或加入一些限制条件到默认评价函数中重新创建新的评价函数;

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