ZEMAX光学系统设计实战
本书以Zemax OpticStudio(简称为ZEMAX)软件为平台,介绍了光学系统设计全过程相关理论、技术和方法。从典型光学系统的设计出发,用30余个工程设计案例,展现了不同功能类型、不同指标要求的光学系统设计过程和技巧,阐述了光学系统设计中共性问题的解决方案。全书章节顺序安排符合光学设计者的认知和实践规律。书中对光学基本理论的描述以及对ZEMAX软件的使用介绍简明扼要,读者可从诸多实战案例中体会光学系统设计的精髓和乐趣。 l?2(c 本书可供从事光学系统设计、光电仪器研发以及其他光学相关工作的工程技术人员参考使用,也可作为光学、光学工程、光电信息工程、测控技术与仪器等专业的本科及研究生实践教学教材。 _:DnF
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qkVGa%^ 目录 l$N
b1& 第1章光学系统设计概要1 W/q-^Zkt,9 1.1光学设计概念1 pESlBQ7{I 1.2光学系统设计要求的提出2 t[* ;v 1.2.1仪器对光学系统的设计要求2 ky>0 1.2.2光学系统设计要求示例3 x(pq!+~K 1.3光学系统设计流程4 uTTM%-DMHT 1.4光学设计发展与光学软件的关系5 ^K*uP^B= 1.4.1光学设计的发展历程5 {5w'.Z]0v 1.4.2光学设计软件6 R1OC7q QFt7L 第2章像差综述8 K;moV| j 2.1球差8 mCOJ1} 2.1.1球差及其校正方法8 =%P'?(o| 2.1.2球差在ZEMAX中的呈现10 ]k~Vh[[ 2.2彗差11 xEdCGwgp# 2.2.1彗差定义及计算11 Elth xj 2.2.2彗差的校正方法12 WwG +Xa 2.2.3彗差在ZEMAX中的呈现13 9DcUx- 2.3场曲与像散14 tgoOzk^ 2.3.1细光束场曲及其校正方法14 pn3f{fQ 2.3.2细光束像散及其校正方法16 ]AkHNgW 2.3.3场曲与像散在ZEMAX中的呈现18 e[_W( v 2.4畸变19 G%0G$3W" 2.4.1畸变及其校正方法19 7oaa) 2.4.2畸变在ZEMAX中的呈现20 ]+A>*0#" 2.5色差21 JA0$Fz 2.5.1轴向色差和倍率色差21 jusP
aAdW 2.5.2色差校正方法24 YF/@]6j
2.5.3色差在ZEMAX中的呈现24 *I,3,zO 2.6波像差25 uMOm<kn 2.6.1波像差概述25 vQf'lEFk 2.6.2波像差在ZEMAX中的呈现26 P5M+usx Vfew )]I 第3章ZEMAX中光学系统综合像质评价方式28 BkfWZ O{7 3.1垂轴几何像差曲线评价28 ]=ar&1}J 3.2点列图评价29 k<W n 3.3分辨率与点扩散函数评价30 p_h)|*W{ 3.4包围圆能量曲线评价32 \%\b*OO 3.5光学传递函数评价33 Yas! w' 3.6杂散光分析与评价35 C {.{>M V"":_`1VW 第4章典型光学系统方案设计37 E-h`lDoJ 4.1开普勒望远镜系统方案设计(案例)37 w6tb vhcmU 4.2生物显微镜系统方案设计(案例)39 pl62mp! 4.3投影光学系统方案设计(案例)41 {MX_t/o=f 4.4透镜转像系统方案设计44 _YF~DU 第5章基于ZEMAX的光学系统设计过程46 )US|&>
o8 5.1ZEMAX用户界面简介46 u*_I7.}9 5.1.1ZEMAX用户界面46 ?3
J 5.1.2窗口类型及其操作51 }gi>Z 5.1.3快捷键总结53 -f?Rr:# 5.2光学系统初始结构的确定54 %-"? 5.2.1镜头选型(案例)54 ,Yhy7w 5.2.2在ZEMAX中输入初始系统数据(案例)55 bqY}t. Y&" 5.2.3像差评估(案例)56 w`XwW#!}@$ 5.3ZEMAX优化方法与技巧57 .&2p Z 5.3.1变量设定与ZEMAX优化算法57 8>q:Q<BB2 5.3.2在ZEMAX中处理光学材料58 ^9T6Ix{= 5.3.3光学系统像差优化技巧60 'Rk~bAX 5.4ZEMAX中评价函数的使用61 4f,D3e%T| 5.4.1构建评价函数操作数的意义61 !fdni}f) 5.4.2ZEMAX中默认评价函数的使用61 pNpj, H*4 5.4.3自定义评价函数操作数要点63 _@D}2 5.4.4光学系统优化操作(案例)65 PHRc*G{ 5.5基于ZEMAX的光学系统公差分析67 kfb+OE:7 5.5.1光学零件的材料误差68 Gjuc"JR7 5.5.2光学零件的加工公差68 $hB;r 5.5.3光学系统的公差分析(案例)72 e
#l/jFJU J{72%S 第6章望远物镜设计80 qg#WDx / 6.1望远物镜设计的特点80 Y+N^_2@+C 6.2望远物镜的像差公差81 GEP YSp 6.3望远物镜结构类型82 'qLk"
6.4折射式望远物镜的设计(案例)85 V M[9!:
6.5反射式望远物镜的设计(案例)91 JA7HO| 6.6折反射式望远物镜的设计(案例)95 9[5NnRv$P fX G+88:2 第7章显微物镜设计101 G[u_Uu=> 7.1显微物镜设计的特点101 z.23i^Q 7.2显微物镜的结构类型103 @%J?[PG 7.3低倍消色差显微物镜的设计(案例)105 [:$j<}UmB 7.4平场消色差显微物镜的设计(案例)111 :0ND0A{K: ,
6\i 第8章目镜设计118 !7J;h{3Uw 8.1目镜系统的特点118 :7Mo0,Bw, 8.2目镜的像差公差及设计思路119 ri~d Wx 8.3目镜的基本结构类型120 xMg&>}5 8.4凯涅尔目镜的设计(案例)123 l1`Zp9I 8.5长出瞳距目镜的设计(案例)128 G~)jk+Qq 8.6广角目镜的设计(案例)133 ><OdHRh@# 8.7目镜系统的光路翻转(案例)139 aq"E@fb _%l+v 第9章摄影物镜设计143 ?zUV3Qgzj 9.1摄影物镜的光学特性和像差容差143 t&SJ!>7_c 9.2摄影物镜基本类型145 Rz`<E97- 9.3非球面在物镜设计中的应用151 Q3%a=ba)h 9.4天塞型照相物镜的设计(案例)154 XRs/gUT 9.5超广角监控镜头的设计(案例)159 Jf`;F : 9.6大孔径摄影物镜的设计(案例)166 &dvJg 9.7变焦摄影物镜的设计(案例)173 x[nv+n , WlP@Tm5g/ 第10章照明系统设计182 .&7=ZY>E 10.1照明光学系统的设计要求182 FVG|5'V^ 10.2照明光学系统的分类特点183 4q@o4C<0 10.3照明光学系统的结构型式184 k}>l+_*+7 10.4非球面聚光照明系统的设计(案例)186 `(;d+fof 10.5基于积分管的匀光照明系统设计(案例)188 8!>uC&bE8 2bX!-h 第11章现代光学系统设计196 mUr@w*kq|p 11.1特殊光学材料简介196 doc5;?6 11.1.1红外光学材料196 ~2@U85"o 11.1.2紫外光学材料197 <Q\`2{ 11.2红外光学系统设计197 lGG1d 11.2.1概述197 #CV(F$\1{ 11.2.2中波红外成像物镜的设计(案例)198 ^1,]?F^ 11.3紫外光学系统的设计204 dG7sY
O@U 11.3.1概述204 i[3$Wi$ 11.3.2日盲紫外光学系统的设计(案例)205 %9mB4Fc6b) 11.4激光光学系统的设计210 ;~~Oc 11.4.1概述210 z('93vsO 11.4.2激光扫描物镜的设计(案例)211 &%u,b~cL? 11.4.3变波长激光扩束镜的设计(案例)215 nq/xD;q 11.5太赫兹光学系统的设计221 +6<MK; 11.5.1概述221 pI(FUoP^ 11.5.2太赫兹成像系统的设计(案例)221 >4M_jC. 2l5@gDk5 第12章其它类型光学系统设计227 0 {{7 " 12.1投影物镜的设计(案例)227 +*0THol- 12.2双远心工业镜头设计(案例)232 ::H jpM 12.3医用内窥镜物镜设计(案例)238 86%weU/* 12.4自由空间光学天线的设计(案例)243 oK5(,8
(4 12.5光谱仪衍射系统设计(案例)248 ie.cTTOI 8" 8{Nf-" 附录254 4Hzbb# 附录AZEMAX优化函数操作数汇总254 }sJ%InL 附录BZEMAX常用多重配置操作数259 "r"]NyM 附录CZEMAX常用公差设置操作数261 m}uF&|5 附录D光学材料一览表262 aqzvT5*8% 附录E光学制图示例269 W]Ph:O^5c 3}twWnQZJ 参考文献274 ?U-p
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