光學設計實驗一單透鏡系統設計

2023年12月30日發(作者：逛花燈)

實驗一 ：單透鏡系統

一.實驗目的

熟悉 ZEMAX軟件，學習單透鏡的設計方法及原理過程，及透鏡的優化方法；

二.單透鏡結構性能要求

1） 相對孔徑為1/4（F/#為4），焦距為100mm；

2） 視場角為0?；

3）厚度為3mm；

4）相對波長為可見光波長；

5）玻璃材料為BK7 ；

三.實驗步驟

1.打開ZEMAX軟件，在 LDE 中顯示的有三個面：物平面以 OBJ 表示,光闌面以

STO 表示,像平面以 IMA 表示；

2.對于我們的單透鏡來說，我們共需要四個面：物平面（OBJ），前鏡面（同時也是光闌面）（STO），后鏡面（2），和像平面（IMA）；

3.系統參數設置： 相對孔徑：F/#是相對孔徑的倒數，即為4（system一general）；

視場角為0?（system一field）；

相對波長為可見光波長（system一wavelength）；

4.結構參數設置：曲率半徑為100mm；

材料為 BK7；

厚度為3mm；

如下圖所示：

單透鏡系統如下圖所示：

如下圖所示點列圖：

四．透鏡優化過程

1.將曲率半徑設為變量，權重為1，厚度設為Marginal Ray Heigh，在評價函數

在“TYPE”列下，輸入“EFFL”然后Tools一最佳化Optimization。

如下圖所示：

2.單擊菜單欄Tools一最佳化Optimization，如下圖所示：

五．優化后的光學系統分析

1. 觀察光線特性曲線圖。從光線特性曲線窗口菜單，單擊“更新（Update）”（

窗口任何地方雙擊也可更新），其光線特性曲線圖。現在，離焦已消失，主要的像差是球差，單透鏡校正不了色差，如下圖所示：

2. 對于點列圖，優化后的系統彌散斑越來越小，如圖所示：

3. 對于wavefront Map圖，像差從42.2減小到3.5，如下圖所示：

4. 對于多色光焦點漂移圖，縱坐標表示波長范圍，覆蓋了所定義的波長段，焦

距的最大變化范圍約為1522微米。對于單透鏡鏡片來說，其曲線的單調變化類型是很典型的，如下圖所示：