ZEMAX实验报告
内窥镜物镜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。
zemax_课程设计报告书
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实验
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
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。
实验三 反射聚焦系统 zemax
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
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。
光机实验报告
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y实验报告课程名称：光机系统设计实验名称：基于ZMAX的光机系统设计班级：0936203姓名：蔡海蛟学号：6090120331哈尔滨工业大学一.实验目的(1)熟悉并掌握ZMAX软件的使用(2)熟悉光学系统设计的步骤及方法(3)了解牛顿式望远镜和施密特—卡塞格林系统，并对其相差有一定了解(4)学会用ZMAX设计简单的光学系统，并对系统进行像质分析和系统优化二.基本原理(1)实验一、牛顿望远镜牛顿望远镜是最简单的用来矫正轴上像差的望远镜。
牛顿望远镜是由一个简单的抛物线形镜面组成的，而且除此之外别无它物。
抛物线很好地矫正了所有阶的球差，将望远镜使用在轴上系统，就没有其他的像差。
(2)实验二、带有非球面矫正器的施密特—卡塞格林系统施密特-卡塞格林望远镜（Schmidt-Cassegrain）属于折反射(Catadioptrics)类别。
施-卡望远镜的设计是以伯恩哈德施密特的施密特摄星仪为基础：使用球面镜做主镜（沿袭施密特摄星仪的设计）以施密特修正板来改正球面像差承袭卡塞格林的设计，以凸面镜做次镜，施密特-卡塞格林望远镜（Schmidt-Cassegrain）属于折反射(Catadioptrics)类别。
在施密特-卡塞格林系统，光通过薄的非球面校正透镜进入镜筒，然后接触球面主镜。
被球面主镜反射的光线折回镜筒开口中部的第二反射镜，然后再次被第二反射镜反射，光线通过镜筒内部中间的管子聚集在目镜形成图象。
三.系统结构(1)实验一、牛顿望远镜图一.牛顿望远镜原理图利用ZMAX设计牛顿望远镜：设计一个1000mm F/5的望远镜(及需要一个曲率半径为2000mm的镜面，和一个200mm 的孔径)。
移动光标到第一面，即光阑面的曲率半径列，输入-2000.0，负号表示为凹面。
现在在同一个面上输入厚度值-1000，这个负号表示通过镜面折射后，光线将往“后方”传递。
实验二 牛顿望远镜 zemax
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。
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ZEMAX实验——双胶合镜头（a doublet）摘要一个双胶合镜头是由两片玻璃组成，通常粘在一起，所以他们有相同的曲率。
利用不同玻璃的色散性质，一阶色差可以被矫正。
也就是说，需要得到抛物线形的多色光焦点漂移图，而不是直线的，这反过来会产生较好的像质。
在保持100mm焦距和在轴上的设计要下，将会加入视场角。
同时定义边缘厚度解，使产生图层和视场曲率图，并分析双胶合镜头的出光效果。
关键词：ZEMAX光学设计；双胶合镜头；成像分析目录1 引言 (II)2 实验目的.................................. 错误！未定义书签。
3 实验原理分析 (2)4 实验步骤 (3)5 实验结果.................................. 错误！未定义书签。
1 引言ZEMAX是美国Focus Software Inc.所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是一套可以运算sequential及Non-Sequential的软件。
ZEMAX 是一套综合性的光学设计仿真软件，它将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表整合在一起。
ZEMAX 不只是透镜设计软件而已，更是全功能的光学设计分析软件，具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点，与其它软件不同的是ZEMAX的CAD转文件程序都是双向的，如IGES、STEP、SAT 等格式都可转入及转出。
而且 ZEMAX可仿真 Sequential 和 Non-Sequential 的成像系统和非成像系统。
ZEMAX光学设计程序是一个完整的光学设计软件，是将实际光学系统的设计概念，优化，分析，公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。
包括光学设计需要的所有功能，可以在实践中对所有光学系统进行设计，优化，分析，并具有容差能力，所有这些强大的功能都直观的呈现于用户界面中。
ZEMAX 功能强大，速度快，灵活方便，是一个很好的综合性程序。
ZEMAX能够模拟连续和非连续成像系统及非成像系统。
ZEMAX 能够在光学系统设计中实现建模、分析和其他的辅助功能。
ZEMAX 的界面简单易用，只需稍加练习，就能够实现互动设计。
ZEMAX 中有很多功能能够通过选择对话框和下拉菜单来实现。
同时，也提供快捷键以便快速使用菜单命令。
手册中对使 ZEMAX 时的一些惯用方法进行了解释，对设计过程和各种功能进行了描述。
ZEMAX目前已经是被光电子领域熟知的光学设计的首选软件。
该软件拥有两大特点，就是可以实现序列和非序列分析。
在全球范围内，这款软件已经被广大的应用在设计显示系统，照明，成像的使用系统，激光系统以及漫射光的设计应用方面。
在此次试验中将研究双胶合镜头出光效果。
首先要熟悉ZEMAX光学设计软件以及操作流程。
再通过分析课题：一个双透镜包括两片玻璃，通常（但不一定）是胶合的，因此它们有一个共同的曲率。
通过使用两片具有不同色散特性的玻璃，一阶色差可以被矫正。
学会如何使用ZEMAX光学设计软件产生图层和视场曲率图，以及定义边缘厚度解和视场角等。
1、学习如何启用Zemax。
2、学习如何输入波长（wavelength）、镜头数据（lens data）。
3、学习如何察看系统性能（optical performance），如ray fan，OPD，点列图（spot diagrams），MTF等并分析其优劣。
4、学习如何定义thickness solve以及变量（variables）。
5、学习如何进行优化设计（optimization）。
6、学习如何画出layouts和field curvature plots的图形。
7、学习如何定义edge thickness solves,视场角（field angles）等。
实验仪器：微机、ZEMAX光学设计软件。
3 实验原理分析一个双透镜包括两片玻璃，通常（但不一定）是胶合的，因此它们有一个共同的曲率。
而一个双胶合镜头doublet是由两片玻璃组成，通常粘在一起，所以他们有相同的曲率curvature。
利用不同玻璃的色散性质dispersion，色差the chromatic aberration可以矫正到first order，所以剩下的chromatic aberration主要的贡献为second order，于是我们可以期待在看chromatic focal shift plot图时，应该呈现出抛物线parabolic curve的曲线而非一条直线，此乃second order effect的结果（当然其中variation的scale跟first order比起来必然小很多，应该下降一个order）。
也就是说，通过使用两片具有不同色散特性的玻璃，一阶色差可以被矫正我们需要得到抛物线形的多色光焦点漂移图，而不是直线的。
这反过来会产生较好的像质。
现在，我们保持先前100mm 焦距和在轴上的设计要求，我们下面将会加入视场角。
如何选择这两片玻璃需要一些技巧，参考Smith的《现代光学工程学（Modern Optical Engineering）》里有关的例子。
由此次实验可学会如何使用ZEMAX光学设计软件，进而能够学会如何设计镜片。
我们这里只建议选择BK7和SF1这两玻璃。
如果需要其他的玻璃，可以依实验的需要设置玻璃的光学性质（包括折射率n以及阿贝常数ab等）。
其次是设置波长、孔径等。
然后按照实验步骤依次操作即可。
1、首先运行ZEMAX，将出现ZEMAX的主页，然后点击lens data editor(LDE)。
LDE是工作场所，在LDE的扩展页上，可以输入选用的玻璃，镜片的radius，thickness，大小，位置等。
选用BK7和SF1两种镜片，wavelength和aperture 如同实验一所设，既然是doublet，只要在实验一的LDE上再加入一面镜片即可。
所以调出实验一的LDE，在STO后再插入一个镜片，表示为2，或者也可以在STO 前在插入一面镜片标示为1，然后在该镜片上的surface type上用鼠标按一下，然后选择Make Surface Stop，则此第一面镜就变成STO的位置。
在第一、第二面镜片上的Glass栏分别键入BK7和SF1。
2、然后输入波长，在主菜单的system下，点击wavelengths，弹出波长数据对话框wavelength data，键入你要的波长，在第一行输入0.486，它是以microns 为单位，此为氢原子的F-line光谱。
在第二、三行键入0.587及0.656，然后在primary wavelength上点在0.587的位置，primary wavelength主要是用来计算光学系统在近轴光学近似(paraxial optics，即first-order optics)下的几个主要参数，如focal length，magnification，pupil sizes等。
3、现在把STO和第二面镜的thickness都fixed为3，仅第3面镜的thickness 为100且设为variable，如图所示。
4、既然要优化，还要设merit function，注意此时EFFL需设在第三面镜上，因为第3面镜是光线在成像前穿过的最后一面镜，又EFFL是以光学系统上的最后一块镜片上的principle plane的位置起算。
其它的merit function设定就一切照旧。
我们来定义一个Merit function，什么是Merit function呢？Merit function就是把理想的光学要求规格定为一个标准(如此例中focal length为100mm)，然后Zemax会连续调整输入solves中的各种variable, 把计算得的值与标准相减就是Merit function值，所以Merit function值愈小愈好，挑出最小值时即完成variable设定，理想的Merit function值为0。
如何设Merit function，Zemax 已经default 一个内建的merit function，它的功能是把RMS wavefront error 减至最低，所以先在editors中选Merit function，进入其中的Tools，再按Default Merit Function 键，再按ok，即我们选用default Merit function ，这还不够，我们还要规定给merit function 一个焦距focal length 为100的限制，因为若不给此限制则Zemax会发现focal length为infinit时，wavefront aberration的效果会最好，当然就违反我们的设计要求。
所以在Merit function editor第2列中往后插入一列，即显示出第3列，代表surface 3，在此列中的type项上键入EFFL(effective focal length)，并回车，同列中的target项键入100，并回车，weight项中定为1，并回车。
跳出Merit function editor，在Tools中选optimization项，按Automatic键，完毕后跳出来，此时已完成设计最佳化。
重新检验ray fan，将出现图1，这时maximum aberration已降至200 microns。
5、再选择Analysis中Miscellaneous项的Chromatic Focal Shift即可得出图2。
会发现first order的chromatic aberration已经被reduced，剩下的是second order chromatic aberration在主宰，所以图形呈现出来的是一个parabolic curve。
现在shift的大小为74 microns。
6、再看其它的performance效果，调出Ray aberration，如图3所示。
此时maximum transverse ray aberration已由实验一的200 microns降至20 microns。
而且3个不同波长通过原点的斜率大约一致，这告诉我们对每个wavelength的relative defocus为很小。
再者，此斜率不为0 ( 比较实验一图1-2)，这告诉我们什么讯息呢？如果斜率为0，则在pupil coordinate原点附近作一些变动则并不产生aberration，代表defocus并不严重，而aberration产生的主要因素为spherical aberration。