实验一 光学设计软件ZEMAX的安装和基本操作
一． 实验目的
学习ZEMAX软件的安装过程，熟悉ZEMAX软件界面的组成及基本使用方法。
二． 实验要求
a) 掌握ZEMAX软件的安装、启动与退出的方法。
b) 掌握ZEMAX软件的用户界面。
c) 掌握ZEMAX软件的基本使用方法。
d) 学会使用ZEMAX的帮助系统。
e) 学会使用ZEMAX初步仿真光路图。
三． 实验内容
（一） 界面及基本操作
1．通过桌面快捷图标或“开始—程序”菜单运行ZEMAX，熟悉ZEMAX的初始用户界面，如下图所示：
图1.1 ZEMAX用户界面
2．浏览各个菜单项的内容，熟悉各常用功能、操作所在菜单，了解各常用菜单的作用。
3. 熟悉使用各个常用的快捷按钮。
4．学会从主菜单的编辑菜单下调出各种常见编辑窗口（镜头数据编辑、优化函数、多重数据结构）。
5．调用ZEMAX自带的例子（例如根目录下samples\tutorial\tutorial zoom2.zmx文件），学会打开常用的分析功能项：草图（2D草图、3D草图、渲染模型等）、特性曲线（像差曲线、光程差曲线）、点列图、调制传递函数等，学会由这些图进行简单的成像质量分析。
6．从主菜单中调用优化工具，简单掌握优化工具界面中的参量。
7．掌握镜头数据编辑（LDE）窗口的作用以及窗口中各个行列代表的意思。
8．从主菜单-报告下形成各种形式的报告。
9．通过主菜单-帮助下的操作手册调用帮助文件，学会查找相关帮助信息。
（二） 仿真光路图
根据已拟好的设计草图，在ZEMAX中实现光路仿真，包括光路系统整体设置、创建光学元件、透镜（组），元件间大致间距等。
1.光路系统的整体设置，包括此光学系统所适用的波长、入瞳直径、视场等，在主菜单-系统里有相应的各个设置。
2.创建光学元件、透镜（组），就是将设计草图中的各种光学元件用ZEMAX的方式去仿真实现。ZEMAX仿真的基本元素是面和面间距，仿真创建各种元件基本都以具体设置每个面和面间距的参数来实现。
（1）面：面的基本参数包括面型（Surf:type）、 曲率半径(Radius)、厚度(Thickness)、材料（玻璃）(Glass)，半口径(Semi-Diameter)等，每一个面对应于LDE窗口里的一个行，每一个参数对应LDE窗口里的一列，如下图：
ZEMAX的默认面型是透明标准（Standard）球面，曲率半径和半口径为无穷（Infinity）。面的厚度和材料的定义都是以指定面起向后算到下一个面之间的这一段的厚度和材料。
（2）面间距：指的是该面在光轴上的交点到下一个面在光轴上的交点之间的距离，向右为正，向左为负。常用于标识透镜厚度、元件与元件的间距等。
例如：一个透镜的厚度，可以用透镜的前表面的面厚度值Thickness来完成仿真；前一个元件与后一个元件的间距，可以用前一个元件的后表面到后一个元件的前表面之间的面间距来完成仿真。
3.根据设计要求和设计草图，估算各个元件之间的大致间距，通过面间距的设置，实现整个光学系统的初步仿真。
4.仿真一个轴上点光源（
）在物距为u=30mm时，由焦距为20mm，材料为BK7，口径为10mm的单正透镜成像的光路。
四．报告要求：
1. 打开安装目录下的samples\tutorial\tutorial zoom2.zmx文件，生成其2D图、渲染（转角）、像差特征曲线、OPD曲线、曲面数据报告（第7面）和图解报告4。截屏后打印出来。
2. 试在打印出来的2D图上标出各个面的位置以及相应面厚度值的具体指向（方向、范围）；比较分析LDE窗口中两个“半径”（Radius和Semi-Diameter）具体指的是什么，并定性的在2D图中标出第5面和第7面分别的Radius和Semi-Diameter。
3. 试从帮助手册（主菜单-帮助-操作手册）中查找点列图左下角关于GEO RADIUS和RMS RADIUS的定义和区别。
4. 完成三（二）.4的仿真，以自己的学号为文件名存档，上传存档文件，打印其3D图（转角），并在图上标出球差的范围。
5.试总结本例中是如何实现新建透镜和插入新透镜的。
五． 实验仪器
PC机
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；
（c）开始优化。
3. 为实际生产装配考虑的优化设计。为了使软件仿真设计出来光学系统在之后的实际生产加工装配使用时方便，需适当考虑在做软件设计时就考虑到一些额外的设计。如本次实验中为了实际装配需要，将各透镜半口径改得比系统优化后自动生成的半口径稍大。
四． 实验内容
（一）. 设计项目：用BK7玻璃设计一个焦距为100mm的F/4单透镜，要求在轴上可见光范围内最终成像的点列图的RMS RADIUS<80，光线像差<
，光程差<
。
1. 草拟并仿真光路图。
2. 生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线和渲染模型等分析图来观察此时的成像质量。
3. 利用Solve功能来求解第2面的厚度，以便适当的消除离焦现象，更新后观察各分析图的相应变化。
4. 将第1、第2面的曲率半径以及第2面的厚度值设为变量，建构并调用默认优化函数（Merit Function）。
5. 在调用默认优化函数后的优化函数编辑框中的第一行前按INS插入一个新行，在其oper#列处双击（或右键单击），在弹出的对话框中将操作数选为EFFL，target设为100，weight设为1，确定。
6. 调用优化工具进行优化，在优化后更新全部内容，然后观察各分析图的相应变化。
7. 分别调用点列图、OPD图以及焦点色位移图（主菜单-分析-杂项）来观察最优化后的成像质量。
8. 将此设计起名保存，生成报告。
（二）.设计项目： 以前一个实验内容设计优化后的单透镜为基础，添加一块材料为SF1玻璃的透镜来构建胶合双透镜系统，进一步优化成像质量达到点列图的RMS RADIUS<11，光线像差<
，光程差<
。
1. 草拟并仿真光路图。
2. 生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线、点列图、OPD图和渲染模型等分析图来观察此时的成像质量。
3. 设置STO面、第2、第3面的曲率半径，以及第3面的厚度为变量，沿用前例的优化函数，在优化更新后观察各分析图的相应变化，并分别对比单透镜时的点列图、OPD图以及焦点色位移图（主菜单-分析-杂项）的相应变化，观察双透镜此时的成像质量。
4. 为了实际装配需要，将各透镜半口径改得比系统优化后自动生成的半口径稍大（举例为14mm），更新后观察此时的3D图和各特性曲线的变化，从曲面数据报告中查看各面的边缘厚度值。
5. 利用Solve功能来求解镜片边缘厚度（举例设计要求为3mm），更新后观察各分析图的相应变化。再一次调用优化函数进行优化后，重新观察各分析图变化。
6. 定义视场（系统-视场，举例加入两个分别为7°和10°的y视场），从分析-杂项-视场场曲调出场曲图来观察此双透镜的离轴特性。
7. 将此设计起名保存，生成报告。
五． 报告要求：
1.截屏打印：
单透镜：LDE窗口，OPD图，图解报告4，点列图，焦点色位移图
双透镜：LDE窗口，第1面的曲面数据报告，2D图，场曲图，焦点色位移图
3.试分析实验内容四（一）.5中加黑部分各项设置的意义；
4.试分析在第1面的曲面数据报告中的Thickess值和Edge Thickness分别指的是什么值，在2D图中标出相应的指向（方向、范围）。
5.上传以各自学号为文件名的*.zmx文件。
六． 实验仪器 PC机
实验三 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：见理论课课本图6-10，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：
（1） 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：
a. 定位置： 在所需要放置挡光板的位置添加一个虚构面（空面），由其要放置的位置决定添加虚构面后相应各面的厚度值的改变；
b. 设置参数：将面型surf：type双击后的Aperture中的光圈类型从none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。
四． 实验内容
设计项目：利用ZEMAX软件来设计一个焦距为1000mm F/5的牛顿望远镜，即一个曲率半径为2000mm的镜面和一个200mm的孔径。
图3.1典型牛顿反射式望远镜
1. 打开ZEMAX软件，点击新建，以抹去打开时默认显示的上一个设计结果，同时新建一个新的空白透镜。
2. 在LDE（透镜数据编辑器）中输入相关平面的曲率半径、厚度和玻璃类型值（反射镜玻璃类型为MIRROR）。
3. 在主菜单-系统中设置孔径值，并沿用默认的波长和视场角值。
4. 生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线和实体模型、渲染模型等分析图来观察此时的成像质量。
5. 生成标准点列图，并与艾利斑对比（从点列图中选设置-查看比例-Airy Disk）来进行像质的简单分析（为什么此时还未到达最好的成像质量？）。
6. 在主反射镜所在的面上设置圆锥系数，使主反射镜的面变为抛物面，此时再重新分析成像质量。
7. 在像平面前插入一个新的虚构面（未来放置反射镜），合理设置中断的坐标值以获得光阑面和虚构面的厚度，将两个厚度输入LDE中的相应位置。
8. 从主菜单-工具-折叠反射镜里添加一个反射镜，设置交叠曲面为2，确定。
9. 更新后观察此时的各分析图，注意分析哪些图已经不再起作用了。通过相应按键操作旋转缩放3D类的分析图来观察成像质量。
10. 在光阑面（STO）前新添加一个圆形挡光面，设置合理的面厚度和挡光半径。
11. 更新后重新观察此时的3D类分析图，观察此时的成像质量和效果。
12. 更名存盘后生成报告。
五． 报告要求：
1.分析：
（1）试解释添加折返面的对话框中的3个选项的意义及添加后多出来的两个虚构面的作用；
（2）若要使本例的反射后的转角分别向上、（垂直于显示器平面）向里和（垂直于显示器平面）向外，那么分别应该做哪些具体改变？
2.分别打印反射方向为向上向下向里向外的最终实体图及某一方向的LDE的截图。
3.上传任一反射方向的存档，以学号为文件名。
六． 实验仪器
PC机
实验四 基于ZEMAX的施密特-卡塞格林系统的优化设计
一． 实验目的
学会使用ZEMAX软件对带有非球面矫正器的施密特-卡塞格林系统进行优化设计。
二． 实验要求
1. 掌握使用多项式的非球面的方法；
2. 重新复习挡光板的知识，学习通光孔的相关知识，并将两者进行比较；
3. 掌握OPD图和MTF分析像质的简单方法。
三．实验原理
1.施密特-卡塞格林结构：结合施密特结构和卡塞格林结构的一种望远镜物镜结构，具体结构见实验内容中结构图或理论课课本相关内容。构建时以施密特结构为基础，嵌入卡塞格林结构。
2.非球面：ZEMAX默认的面类型（surf：type）为标准（standard），是标准的圆球面，对应的曲面方程为标准球面方程，通常来说校正像差的能力有限，使用各种不同的具体类型的非球面，可以获得更好的校正像差的效果，但一般来说，非球面的实际制造比较困难，优化设计时应少用慎用，尤其不宜用过于复杂的太高阶的非球面。本次实验中用到的是一种较常见的非球面：偶次非球面(EVEN ASPHERE)，即这种非球面的曲面方程中只含有偶次项，如平方项、4次方项、6次方项……偶次非球面的设置方法：双击所要设置面对应在LDE窗口中的行的surf：type列，在弹出的面型属性设置对话框中的tpye标签中，把面型从默认的standard，改为EVEN ASPHERE，确定即可。此时，该行的后几列中将相应出现“4th（6th、8th） Order Term”等项，可供作为优化函数的变量设置。
3.通光孔：ZEMAX中每个面默认的都是完全透光的，也就是说即使把面的Glass设置为反射镜MIRROR，若不人为的改变其反射后光线的到达的下一面的厚度值，光线也会穿透MIRROR继续前进。如果想要的设计结果也正好是需要光线穿过反射镜继续前进的（本例中的卡塞格林结构的主反射镜即为此种情况），ZEMAX中本无需更改即可完成这种仿真设计，然而实际中，光线是不可能直接穿透反射镜继续前进的，所以为了考虑到实际制造时的需要，在ZEMAX仿真中，需要多加一个通光孔的设计，以便实际制造出来的反射镜能在需要的部分透射出光。
通光孔的设置步骤：
a. 定位置：确定所需要放置通光孔的面；
b. 设置参数：将面型surf：type双击后的Aperture中的光圈类型从none改为所需要的光圈类型（如圆形光圈），设置合理的最大及最小半径（Min Radius、Max Radius），最小半径一般略大于所需要通光光束的半径值，最大半径一般默认为这个通光孔所在元器件本身的尺寸，也可以改为略大于此元器件本身的半径。
4.MTF曲线图：即调至传递函数曲线图，反映物体经光学系统成像后对比度的变化情况，中频段一般代表传递物体的层次的能力，对于摄影物镜来说，一般希望中频段能比较平坦，以便获得较为一致的对比度。衡量一个摄影物镜系统好坏的MTF评价标准通常为：MTF值越高越好，中频段越平坦越好，子午和弧矢MTF曲线重合度越高越好。
四．实验内容
设计项目：
设计一个带多项式非球面矫正器的施密特-卡塞格林系统，要求10英寸的孔径，10英寸的后焦距（从主镜的后面到焦点）。
图4.1 典型的带有施密特校正板的折反射式物镜
图4.2 典型的卡塞格林反射式物镜
图4.3 内嵌卡塞格林结构的施密特系统
1. 打开ZEMAX软件，点击新建，以抹去打开时默认显示的上一个设计结果，同时新建一个新的空白透镜。
2. 从主菜单-系统-通用配置里设置孔径值和单位（英寸），同样在系统-光波长里设置覆盖可见光波段的3个典型波长，设置主波长值。（至此完成系统参数的设置）
3. 在光阑面后插入两个面，输入相应的各面的厚度、曲率半径和玻璃类型值（其中施密特校正板用BK7，厚度举例为1英寸）。
4. 生成2D草图来观察此时的光路和成像效果。（至此完成施密特结构的创建）
5. 新添加一个辅助镜面（即图4.2中的双曲面），合理设置各个平面新的厚度、曲率半径值，并将第四面的曲率半径设为变量，未来让ZEMAX自动求解。
6. 构建新的优化函数，在优化后更新全部内容。
7. 生成OPD图，分析成像质量。
8. 将第一面（STO）的表面类型改为“EVEN ASPHERE”以便为非球面矫正器指定多项式非球面系数。将该面的“4th（6th、8th） Order Term”项分别设为变量。
9. 选择主菜单-工具-优化，优化后重新更新OPD图，分析此时的成像质量。
10. 将第一面的半径设为变量，再次优化，更新后生成OPD图，分析此时的成像质量。
11. 从主菜单-系统-视场里将视场角个数设置为3，输入适当的y角度（举例分别为0，0.3，0.5），更新后对比观察此时的OPD图。
12. 重新构建优化函数对此设计进行进一步的优化，更新后再观察此时的OPD，分析成像质量。
13. 从主菜单-分析-调制传递函数-快速傅里叶变换生成MTF图，由图分析此时的像质。（至此完成卡塞格林结构的创建和优化）
14. 返回LDE，双击第三面的第一列，将Aperture标签中的光圈类型改为“圆形光圈”，设置最小半径为1.7，最大半径为6，完成主反射面上缺口的设计。
15. 在第三面前插入一个新的面（此时原来的第三面变位第四面），将新面（即现在的第三面）厚度改为20。将第二面的厚度由60改为40。
16. 将第三面的第一列的孔径类型改为圆形挡光，最大半径设为2.5。再将第三面的半口径定为2.5。（至此完成挡光板和通光孔的设置）
17. 更新全部内容后重新观察MTF图和3D类型的各分析图，分析此时的成像质量。
18. 存盘后生成报告。
五． 报告要求：
1. 试分析实验内容14、15、16中各个参量的设置理由；
2. 试分析在添加了挡光板和通光孔后MTF曲线有了什么样的变化，对于成像质量而言有什么影响；
3. 打印最终的LDE图、实体模型图、MTF图、OPD图（含3个视场角）。
4.上传最后的存档文件。
六． 实验仪器
PC机
实验五 基于ZEMAX的激光扩束镜的优化设计
一． 实验目的
学会使用ZEMAX软件对多重结构配置的激光束扩大器进行优化设计。
二． 实验要求
1. 掌握使用多重结构配置；
2. 进一步学习构建优化函数。
三． 实验原理
1.扩束镜：用于改变输入输出光束的口径，只要口径改变即可，未必一定是口径扩大才叫作“扩束”。
2.伽利略式望远镜结构：两片式结构，光线在两片中没有成像（即光线没有交点），见理论课课本相关内容或实验内容中的结构图。
3.多重结构：只用一套光学系统，利用其多重结构，只需要改变系统中各元器件之间的间距，而无需改变各元器件的形状，就能在多种不同条件下，如多种成像波长（本实验中情况）或多种成像物距等，都能较好的成像。例如调焦照相机系统，就是利用只改变透镜间距，完成对不同物距的物体的清晰成像。
多重结构的设置步骤：
（a） 仅针对某一个单一结构（即单一成像条件）先进行全部的优化设计，此时基本确定了整套光学系统的各元器件的形状（包括各面的曲率半径、材料等）；
（b） 改变其他成像条件，保持上一套结构的形状，只改变个成像元器件之间的距离，对第二、第三……结构进行优化；
（c） 在多重结构编辑窗（若此窗体默认未出现，可从主菜单-编辑中调出）中构建多重结构，插入所需要的新结构，选择合适的能区别各个不同结构的操作数，并设置适当的操作数的参数值。
（d） 重新构建针对全部结构都有效的优化函数，设置合适的变量，对全部结构统一进行优化。
（e） 切换观察各结构分别的成像质量是否达标，若否则重复优化，直到达标。
4. REAY操作数：常用于限制光束口径的操作数，意为在y方向上的高度，可以通过在构建优化函数时加入这个限制条件，设置适当的高度等参数值，完成在优化函数进行自动优化时保留对光束口径的限制。
5. 近轴面（paraxial）：一种可理想成像的正薄（薄体现在其只是一个面，无普通透镜的厚度）透镜，可对平行光进行完全无像差的聚焦。可双击所需要设置的面的surf：type列，从type标签中把默认的standard改成paraxial，并在LDE窗口中设置适当参数值。
四．实验内容
设计项目：设计一个激光扩束镜，使用的波长为1.053μm，输入光束直径为100mm，输出光束的直径为20mm，且输入光束和输出光束平行。要求只使用两片镜片，设计必须是伽利略式的（没有内部焦点），在镜片之间的间隔必须不超过250mm，只许使用1片非球面，系统必须也能在波长为0.6328μm时测试。
图5.1 激光扩束器简单结构示意图
1. 打开ZEMAX软件，点击新建，以抹去打开时默认显示的上一个设计结果，同时新开一个新的空白透镜。
2. 在像平面前插入4个面，输入相关各面的厚度、曲率半径和玻璃类型值，如下表所举例数据：
3．在主菜单-系统里分别设置入瞳直径为100，波长为1.053微米。
4. 从主菜单-编辑-优化函数构建一个优化函数，在第一行将操作数类型改为REAY，为surf输入5，为Py输入1.00，target输入10，weight输入1。
5. 从评价函数编辑窗中选工具-默认优化函数。再选reset，将“开始在”的值改为2，确定。
6. 从主菜单-工具中选择优化，优化完成后生成OPD图，分析此时的像质。
7. 将第一面的圆锥系数（conic）列设为变量。再次优化后，重新生成OPD图，分析此时的像质。
8. 将三个曲率和圆锥系数的变量状态去掉。（建议此时存档一次）
9. 从主菜单-系统中重新配置光波长，将之前的1.053改为0.6328，确定后再次更新OPD图，分析此时的像质。
10. 将第二面的厚度250mm设为可变，然后工具-优化后，重新生成OPD图。此时去掉第二面的可变状态。
11. 从主菜单-编辑中调出多重结构编辑窗，在这个窗口的编辑菜单中选“插入结构”来插入一个新的结构配置，双击第一行的第一列，从下拉框（操作数）中选wave，在同样的对话框里为wavelength#选择1，确定。在config1下输入1.053，在config2下输入0.6328。
12. 按Insert为多重结构编辑器加入新的一行，在新的第“1”行的第一列双击，然后选THIC为操作数类型。从surface列选2，确定。在config1下输入250，在config2下输入250。将config2下的第二面的厚度设为变量。
13. 回到优化函数编辑器。选工具-默认优化函数，在显示的对话框中将“开始在”的值改为1，确定。
14. 在结构配置1的第一个OPDX行之前插入新的一行，将新加的这一行的操作数类型改为REAY，为surf输入5，Py输入1，target输入10.结构配置2中不需要更改。
15. 回到LDE，将第1、2和4面的曲率半径以及第1面的conic设为变量。重新工具-优化。
16．此时若双击多重结构的config1列头，更新OPD图，得到关于1.053波长的OPD图；若双击config2列头，则得到0.6328波长的OPD图，分析像质。快捷键ctrl+A可用来在这两个配置之间快速切换。
17. 存盘后生成报告。
五．报告要求：
1.分析此例中近轴面（paraxial）的作用是什么？其焦距和面厚度的关系应为？
2.分析实验内容中步骤4中各项设置的作用是什么？
3.试简要分析什么叫做多重结构，其主要作用是什么？
4.打印两个结构分别的最终LDE窗口、OPD图和实体图（转角）。
5.上传存档文件。
六．实验仪器
PC机
实验六 基于ZEMAX的折叠反射镜面和坐标断点设计
一． 实验目的
更深入的学习理解坐标断点和反射镜面的应用。
二．实验要求
1．更深入的理解坐标断点；
2. 掌握倾斜和偏心系统设立的符号约定；
3. 对比实验三中添加折叠反射镜的方法，更深入了解反射镜面的添加和应用。
三．实验原理：
1. 折叠反射镜：使原来光路的光轴发生偏离转向的反射镜。ZEMAX中仿真折叠反射镜这一个元件，需要用3个面，其中第1个面和第3个面为坐标断点面（Coordinate Break），中间的第2个面为镜面（MORROR）。3个面在光路中的实际位置重合。
2. 坐标断点面（Coordinate Break）：可将原来的光轴坐标打断，并重新建立新的光轴坐标，通常两个坐标断点面联合使用。
3. 手动添加折叠反射镜的步骤：
（a）定位置：确定要放置折叠反射镜的位置参数（面的位置及面厚度等）；
（b）在LDE窗口中由上述定位置所确定的行前，添加3个新的面，作为仿真一个折叠反射镜的所需要的行；
（c）将上述3个行中的第1个和第3个行的面类型（surf：type）改为坐标断点（coordinate break），第2个面的玻璃列输入MIRROR；
（d）设置适当的各面的厚度参数和光轴转角的倾斜参数。
4.Solves求解类型之Pickup：直译为拾取，通常用于以某一个别的参数的值，遵守一定的规则，来自动求解出所要求解的这个参数的具体值。
四． 实验内容
设计项目：以平行光入射到一个理想的正薄透镜的光路为基础，用手动添加折叠反射镜的方法，实现如左图所示的光轴的两次转折。
1. 打开ZEMAX软件，点击新建，以抹去打开时默认显示的上一个设计结果，同时新开一个新的空白透镜。
2. 在LDE的第一面即STO面的表面类型列上双击，从下拉菜单里选Paraxial，将STO面类型改为近轴镜片。STO的厚度设为100，这是近轴镜片的缺省焦距。
3. 在系统-通用配置中将入瞳直径设为20.
4. 生成3D草图，观察其光路和成像效果。
5. 在IMA面前插入3个新面，将第1面（STO面）的厚度改为30，在第3面的玻璃列输入MIRROR，第4面厚度改为-70.
6. 更新3D草图，对比观察其光路和成像效果。
7. 分别双击第2、4面的表面类型列，将这些面改为坐标断点（coordinate break）。双击第4面的Parameter3列（即Tilt about X列），在下拉列表中选择Pickup作为求解类型，设From Surface为2，Scales Factor为1，确定。在第2面的Tilt about x列里输入45.
8. 更新全部内容后，重新生成3D草图，对比观察其光路和成像效果。
9. 在IMA面前再插入3个新面，将第4面的厚度从-70改为-30，第6面的玻璃改为MIRROR，第7面的厚度改为40，再将第5第7面的表面类型改为坐标断点，在第5面对X轴的倾斜中输入-45，在第7面的Tilt about x上双击，选择对其Pickup求解，求解是从第5面得到，比例因子为1.
10. 更新3D草图，对比观察其光路和成像效果。
11. 存盘生成报告。
五． 报告要求：
1.若此例中的两次转向都用实验三中的直接添加折叠反射镜的方式来实现，如何做到？（需列出具体步骤图）
? 添加第*块反射镜前的LDE:
? 设置欲添加第*块反射镜面的位置：
? 添加第*块折叠反射镜的具体实现：
? 添加第*面反射镜后的LDE：
2.比较两种方式得到的最后结果是否一致？
3.打印要求1中的具体步骤图和最终的实体图。
4.在第2和第5面的“tilt about x”中输入30和-60，打印最终的实体图。
5.上传实验六方法（45°）的最终存档文件。
六．实验仪器
PC机
实验七 基于ZEMAX的复杂光学系统优化设计
一． 实验目的
学会自主地在多重结构中将复杂嵌构式的望远镜物镜进行优化设计并实现成像的转向。
二．实验要求
1. 总结之前学过的像质评价和优化方法，自主的设计并优化本次实验的整个系统；
2. 更深入的掌握多重结构的系统，学会构建并优化至少3重结构的系统；
3.掌握在多重结构中对嵌入式的Schmidt-Cassegrain进行优化设计；
4.掌握对构建优化函数设置中RINGS量的设置；
5.掌握实现光线转向的设计。
三．实验内容
1.总结之前的实验中学到过的像质评价和优化的方法；
2.学会使用帮助文件（中文手册）查找关于构建优化函数设置中RINGS参数的设置方法；
3.完成对本次实验系统的自主设计和优化。
设计要求：
设计一个内嵌Cassegrain结构的Schmidt折反射式望远镜物镜，入瞳直径为10英寸，Schmidt结构的长度约为60英寸，后焦距约为20英寸，其中透镜使用的玻璃类型为BK7。整个系统要求用多重结构能分别在486nm、587nm和656nm下（其中587nm为主波长）获得尽量好的优化效果。
具体指标：
（1）OPD图中最大波像差：主波长不超过
，次要波长不超过
；（值越小越好）
（2）SPT中的RMS和GEO RADIUS不能超过艾利斑的弥散范围；（值越小越好）
（3）MTF曲线中中频段要平缓，主波长的中频值的MTF值不能低于0.27，两个次要波长中频值的MTF不能低于0.24；（MTF值越大越好）
（4）最后的出射光线脱离主系统所在的光路及延长线上但最终主轴与入射光线保持平行。
四．报告要求：
1.描述RINGS的设置方法(即RINGS=?如何确定)；
2.任一重结构的实体图（转角）；3个结构的LDE图、MTF图（在相应的中频值处标上具体MTF值）、SPT图（查看比例为艾利斑）和OPD图，并上传相关存档文件（文件名为学号）。
五．实验仪器
PC机