用zemax设计光学显微镜 光学系统设计实验报告
仿真实验光学实验报告(3篇)
第1篇实验名称：光学系统仿真实验实验目的：1. 学习使用光学仿真软件进行光学系统的设计。
2. 理解光学系统设计的基本原理和方法。
3. 分析不同光学元件对系统性能的影响。
实验仪器：1. 光学仿真软件（如Zemax、TracePro等）。
2. 光学元件数据库。
3. 计算机及辅助设备。
实验原理：光学系统仿真实验是利用光学仿真软件模拟光学系统的设计和性能分析。
通过在软件中构建光学元件的模型，并对其进行参数调整，可以预测系统的光学性能，如像质、光束传播等。
实验步骤：1. 系统建模：- 在仿真软件中创建光学系统模型，包括透镜、镜片、滤光片等元件。
- 设置各元件的几何参数和光学材料。
2. 系统参数设置：- 设定系统的工作波长、入射光瞳和出射光瞳的位置。
- 设置系统的工作距离和放大倍数。
3. 系统优化：- 根据设计要求，调整光学元件的位置和参数，优化系统的性能。
- 使用软件提供的优化工具，如遗传算法、模拟退火等。
4. 性能分析：- 分析系统的像质，包括弥散圆、调制传递函数等。
- 分析光束传播路径和光强分布。
5. 结果展示：- 以图表、图像等形式展示实验结果。
- 分析结果，与理论预期进行对比。
实验结果与分析：1. 系统性能分析：- 通过仿真，得到了系统的弥散圆和调制传递函数。
- 分析结果显示，系统在特定波长下的像质良好，满足设计要求。
2. 元件影响分析：- 改变透镜的焦距和曲率半径，观察到系统像质的变化。
- 修改滤光片的光谱特性，分析其对系统光强分布的影响。
3. 优化结果：- 通过优化，得到了一组满足设计要求的系统参数。
- 优化后的系统在像质和光强分布方面均有所提升。
实验结论：1. 光学仿真软件能够有效地进行光学系统的设计和性能分析。
2. 通过优化光学元件的参数，可以显著提升系统的性能。
3. 该实验验证了光学系统设计的基本原理和方法。
实验注意事项：1. 在进行系统建模时，确保元件参数的准确性。
2. 优化过程中，合理设置优化目标和约束条件。
光学设计实验望远镜系统设计实验
光学设计实验报告——望远镜系统设计**：***学号：B********班级：B090103目录一、ZEMAX仿真二、设计优化三、数据比较和优化后参数四、公差分析五、光学系统图六、设计心得体会一ZEMAX仿真一、本次设计要求如下：1.焦距为100mm；2.光源为无穷远处;3.像空间F/﹟=4，相对孔径1/44.前一块玻璃为BAK1,后一块玻璃为F25.全视场角为8度先打开ZEMAX软件，根据设计要求修改系统设定,包括系统孔径,镜头单位，视场，和波长。
望远镜物镜要求校正的像差主要是轴向色差、球差、慧差。
根据要求采用的是折射式望远双胶合型（1）修改系统设定。
首先，根据要求的设计参数计算物方孔径EPD。
提供的有效焦距efl为100mm，像空间F/﹟=4。
由公式，得物方孔径EPD约等于25。
在ZEMAX主菜单软件中，选择系统> 通用配置，在弹出的对话框中，选择图象空间F/#，数值选择4。
（2）视场设定。
在ZEMAX主菜单软件中，选择系统> 视场，在弹出的对话框中，视场类型选择角度，并输入三组视场数据，(0,8), (0, 2.8)和 (0,4)。
第三步，波长设定。
在ZEMAX主菜单软件中，选择系统> 波长，在弹出的对话框中，单击选择完成配置，然后单击确定。
系统配置完毕，即可在LDE中输入数据。
选择分析>草图>2D草图，将出现2D草图LAYOUT。
第二部分设计优化从2D草图可以看出，镜头的性能参数并非最优。
选择编辑——》优化函数，反复进行修改权重，直到mtf达到最优。
选择工具 > 优化 > 优化在弹出的窗口中执行最终优化当优化开始时，ZEMAX 首先更新系统的评价函数。
第四部分：数据比较与优化后参数优化后2D草图：第五部分公差分析在菜单栏中点开Tools（工具）选中Tolerancing点OK然后点Editors选中Tolerance Data Editor在页面上点开Tools选中Default Tolerances点OK输入参数进行公差分析后得点开Tools 选中Test Plate Fitting出现对话框选择Best to woest 点OK，第五部分光学系统图第六部分设计心得体会通过光学课程设计，我不但学到了一些以前不懂的知识，而且更进一步学会使用了ZEMAX 常用的光学设计软件，同时，也锻炼了我们在学习新软件的能力，这不但是对新知识的学习，更是对新事物学习和接受能力的锻炼，因此我对此次光电课程设计感触和收获颇深！刚开始，我们对设计的总体思路都没有一个大概的印象，刚得到题目时，我们到图书馆和上网查阅资料，看了以前上试验课时的PPT和一些资料，才对要使用的软件有了较深入的了解，然后对着以前的设计课题，慢慢的探索和练习。
基于Zemax的光学显微镜设计
设计总体上是符合用户要求的，转折60o角使整个系统有效筒长变短，便于携带，而且转折光路可以让人做着观察。
本次设计是第一次进行光学设计，对于ZEMAX软件掌握的程度也不够，是在设计过程中不断学习如何运用软件的，在很多方面都会有一定的局限性。
对于生物显微镜，应该配置一照明系统，但是我没有设计照明系统。没有进行测量的工具，只能进行定性的观察和分析。若以后还有机会，上述几个问题应仔细考虑，以求设计出更加完善的显微镜观察系统。
1.2设计思路
用户提了三个方面的要求：光轴的转折角为60°，出瞳到物面的几何距离（沿光轴）为240mm，视觉放大率为12倍。
根据用户所提出的要求，我做了如下的考虑：由于用户所要求的12X的显微镜属于低倍光学显微镜，故其主要用途是用于观察生物细胞，细菌，植物的表皮结构等。首先我考虑了转折角度的问题，转折角为60°，可以选择用等腰棱镜，使光线转折60°。因此我选择了等腰棱镜。其次我考虑了分辨率。人眼的最小分辨角为1´，但一般为了让人眼看的舒服一点，可以将角度放大到2-4´。12倍的放大率理论上是可以分辨6um的物体，但那样人眼会长时间处于疲劳状态。
3.2.2棱镜的设计
直角棱镜如图3.4所示，其通光口径D与其展开成平行平板的厚度D1不相等，即D=1.732*D1，
我把棱镜与物镜组合到一起进行了优化。在分析棱镜的时候棱镜相当于一个等效的空气层，对于整个系统主要起象移的作用，当然对象质也会有影响，于是在ZEMAX软件中我将其等成一个长与宽相等的平行平板，棱镜的通光口径我没有精确的计算，是在ZEMAX软件上分析得到的，原则是让所有的光线通过，所以我选择了稍大的口径，使光线完全通过并有一定的余地。
4.优缺点及改进措施…………………………………………………………12
显微镜系统设计实验报告
光学系统设计实验报告设计题目：测量显微镜光学系统专业班级：光信息08-1班学生姓名：学号：指导老师：一实验目的1.了解光学系统设计的基本步骤，学会基本外形尺寸的计算。
2.熟悉ZEMAX软件的操作，了解操作要领，学会应用基本的相差评价函数并进行优化。
二、实验器材ZEMAX软件、相关实验指导书三、设计要求1）设计说明书和镜头文件。
镜头文件包括物镜镜头文件、目镜镜头文件和光学系统镜头文件。
2）部分技术参数选择：①目镜放大率10②沿光轴,目镜最后一面到物面沿光轴的几何距离280毫米③对工件实边缘的对准精度为2.2微米④其它参数自定3）其他要求①视场大小自定，尽可能大些，一般达到商用仪器的一半。
②可以不加棱镜。
如加棱镜，折转角大小自定。
棱镜可以按照等效玻璃板处理。
③可以对物镜和目镜进行整体优化或独立优化。
④可以加上CCD。
四、具体设计1.系统结构设计思路1)系统结构框图物体经物镜所成的放大的实像与分划板重合，两者一同经目镜成一放大的虚像。
棱镜的型式为斯米特屋脊棱镜，它能使系统成正像，并且使光路转折45°角，以便于观察和瞄准（此处可以不加设计）。
为避免景深影响瞄准精度，物镜系统采用物方远心光路，即孔径光阑位于物镜像方焦面上。
（图1 显微镜系统结构图）2)等效光路原理图（图2 显微镜无光轴偏转的等效光路图）2.外形尺寸计算1)首先绘出光学系统的等效光路原理图。
如图所示，首先将棱镜作为等效空气平板处理。
2)求实际放大率。
系统的有效放大率由系统的瞄准精度决定。
用米字形虚线瞄准被测件轮廓，得系统有效放大率 由于工具显微镜一般要求有较大的工作距和物方线视场，又要求共轭距不能太长，因而工具显微镜的实际放大率和物镜的放大率均不宜过大。
取实际放大率为 3)求数值孔径 4)求物镜和目镜的放大率 目镜的放大率 物镜的放大率 5)求目镜的焦距⨯-=Γ30102.02.21.500055.061.061.0 nsinU ≈⨯⨯===δλk NA 3-=ΓΓ=e β⨯=Γ10e mm f ee 25250=Γ='⨯≥⨯=≥Γ222.21.55.725.72δk6)求视场光阑（分划板）的直径D ，考虑到像质及物方线视场的大小，取视场光阑的直径 7)求物方线视场的大小 8)求共轭距(存在等效空气平板)且有 9)求物镜的焦距 由高斯公式10)求物镜的通光口径D 物和孔径光阑直径D 孔 11)求斯米特屋脊棱镜的各尺寸(此次不设计) 3.光学部件的结构形式 1）显微镜物镜的光学性能参数主要性能参数是：数值孔径，垂轴放大率，视场。
光学设计全程实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解光学设计的基本原理和过程；2. 掌握光学设计软件（如ZEMAX）的基本操作和应用；3. 通过实验，提高对光学系统性能的评估和优化能力；4. 深入理解光学系统中的各类元件及其作用；5. 培养团队协作和实验操作能力。
二、实验器材1. 光学设计软件（ZEMAX）；2. 相关光学元件（透镜、棱镜、光阑等）；3. 光具座、读数显微镜等辅助仪器；4. 设计说明书和镜头文件。
三、实验内容1. 光学系统设计思路（1）系统结构框图：设计一个简单的光学系统，包括物镜、目镜、光阑等元件，使系统成正像。
（2）系统结构设计：根据系统结构框图，设计物镜、目镜、光阑等元件的几何参数，并确定系统的主要技术参数。
2. 镜头设计（1）物镜设计：根据设计要求，选择合适的物镜类型，确定物镜的焦距、孔径、放大率等参数。
（2）目镜设计：根据设计要求，选择合适的目镜类型，确定目镜的焦距、放大率等参数。
3. 系统优化（1）优化物镜和目镜的几何参数，提高成像质量。
（2）优化系统整体性能，如分辨率、对比度等。
4. 仿真分析（1）使用ZEMAX软件进行光学系统仿真，观察成像质量。
（2）分析仿真结果，对系统进行进一步优化。
5. 实验报告撰写（1）总结实验过程中遇到的问题及解决方法。
（2）对实验结果进行分析和讨论。
四、实验步骤1. 设计光学系统结构框图，确定系统的主要技术参数。
2. 在ZEMAX软件中建立光学系统模型，设置物镜、目镜、光阑等元件的几何参数。
3. 优化物镜和目镜的几何参数，提高成像质量。
4. 优化系统整体性能，如分辨率、对比度等。
5. 使用ZEMAX软件进行光学系统仿真，观察成像质量。
6. 分析仿真结果，对系统进行进一步优化。
7. 撰写实验报告，总结实验过程、结果及分析。
五、实验结果与分析1. 实验结果（1）物镜焦距：f1 = 100mm；（2）目镜焦距：f2 = 50mm；（3）放大率：M = 2；（4）分辨率：R = 0.1mm；（5）对比度：C = 0.8。
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。
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。
光学设计实验报告范文(3篇)
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。
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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110
3.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。
最主要的问题是对ZEMAX这个软件不太熟悉，还有对光学的一些内容不够熟悉。
通过本次试验，熟悉了ZEMAX的一些基本操作，对光学系统设计内容也有了初步的了解。
光信息08—3班张静20080302
2011年6月25。