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。 P*kC>lvSv 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。 >/y+;<MZ
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A<{&?_U 目录 n@9R|biO 第1章光学系统设计概要1 )<_:%oB 1.1光学设计概念1 0-8'.C1v 1.2光学系统设计要求的提出2 sF1j4 NC 1.2.1仪器对光学系统的设计要求2 ^'$P[ 1.2.2光学系统设计要求示例3 c)zwyBz 1.3光学系统设计流程4 y@\J7 h: 1.4光学设计发展与光学软件的关系5 t8t+wi! 1.4.1光学设计的发展历程5 FyA0" 1.4.2光学设计软件6 idNg&' e%KCcU 第2章像差综述8 {r1}ACw{ 2.1球差8 #LfoG?k1K 2.1.1球差及其校正方法8 .<.#g+ 2.1.2球差在ZEMAX中的呈现10 Vn6]h|vm 2.2彗差11 w'<"5F` 2.2.1彗差定义及计算11 9^^:Y3j 2.2.2彗差的校正方法12 YI),yj 2.2.3彗差在ZEMAX中的呈现13 nH|7XY9" 2.3场曲与像散14 A(wuRXnVWK 2.3.1细光束场曲及其校正方法14 }&LLo 2.3.2细光束像散及其校正方法16 "sUmk e-# 2.3.3场曲与像散在ZEMAX中的呈现18 R<e ~Cb- 2.4畸变19 =Y-mc#{8 2.4.1畸变及其校正方法19 BS+=*3J 2.4.2畸变在ZEMAX中的呈现20 ?Z"<&tsZ 2.5色差21 <xr\1VjA 2.5.1轴向色差和倍率色差21 %#@5(_' 2.5.2色差校正方法24 <>fT_ 2.5.3色差在ZEMAX中的呈现24 ~A-D>.ZH 2.6波像差25 "%K[kA6 2.6.1波像差概述25 e%JH q 2.6.2波像差在ZEMAX中的呈现26 `r*bG= "[\),7&03 第3章ZEMAX中光学系统综合像质评价方式28 ^"EK:|Y4%K 3.1垂轴几何像差曲线评价28 #~6au6LMC 3.2点列图评价29 SJ8|~,vL 3.3分辨率与点扩散函数评价30 X&cm)o%5Fe 3.4包围圆能量曲线评价32 l&uBEYx 3.5光学传递函数评价33 y!jq!faqt 3.6杂散光分析与评价35 t? [8k&Z v42Z&PO
第4章典型光学系统方案设计37 "$PX[: 4.1开普勒望远镜系统方案设计(案例)37 nBGcf(BE.$ 4.2生物显微镜系统方案设计(案例)39 9M1 UkS$`@ 4.3投影光学系统方案设计(案例)41 ,2lH*=m; 4.4透镜转像系统方案设计44 Ep1p>s^ 第5章基于ZEMAX的光学系统设计过程46 6}GcMhU<r 5.1ZEMAX用户界面简介46 Q a3+ 9 5.1.1ZEMAX用户界面46 o/mGd~ 5.1.2窗口类型及其操作51 bSS=<G9 5.1.3快捷键总结53 ,")/R/d 5.2光学系统初始结构的确定54 poVtg}n 5.2.1镜头选型(案例)54 v?`DP 5.2.2在ZEMAX中输入初始系统数据(案例)55 *&~wl(+O= 5.2.3像差评估(案例)56 4'`y5E 5.3ZEMAX优化方法与技巧57 4pZ=CB+j 5.3.1变量设定与ZEMAX优化算法57 e6uVUzP4 5.3.2在ZEMAX中处理光学材料58 ZMmf!cKY:' 5.3.3光学系统像差优化技巧60 ==Bxv:6 5.4ZEMAX中评价函数的使用61 MUvgmJsN 5.4.1构建评价函数操作数的意义61 !r`/vQ# 5.4.2ZEMAX中默认评价函数的使用61 P2sM3C 5.4.3自定义评价函数操作数要点63 C
vWt 5.4.4光学系统优化操作(案例)65 TtP2>eh- 5.5基于ZEMAX的光学系统公差分析67 W4n(6esO 5.5.1光学零件的材料误差68 M 3c 5.5.2光学零件的加工公差68 do=s=&T 5.5.3光学系统的公差分析(案例)72 %2<u>=6byG |!"qz$8fB 第6章望远物镜设计80 Ygfv? 6.1望远物镜设计的特点80 @&GfCg5Cb 6.2望远物镜的像差公差81 MNd[Xzm 6.3望远物镜结构类型82 wvlM( 6.4折射式望远物镜的设计(案例)85 Eg 8rgiU 6.5反射式望远物镜的设计(案例)91 j2Uu8.8d 6.6折反射式望远物镜的设计(案例)95 s[#ww
=T\ IHvrx:7 第7章显微物镜设计101 ^ 9 FRI9? 7.1显微物镜设计的特点101 tW}At 7.2显微物镜的结构类型103 6;#Rd| 7.3低倍消色差显微物镜的设计(案例)105 6>j0geFyE2 7.4平场消色差显微物镜的设计(案例)111 m!_*Q vDcYz, 第8章目镜设计118 -1c{Jo 8.1目镜系统的特点118 a F%V 8.2目镜的像差公差及设计思路119 #Hi$squJ 8.3目镜的基本结构类型120 /'Q2TLy= 8.4凯涅尔目镜的设计(案例)123 j|2s./!Qg 8.5长出瞳距目镜的设计(案例)128 )jHH-=JM 8.6广角目镜的设计(案例)133 Or,W2 8.7目镜系统的光路翻转(案例)139 \cW9"e' %3mh'Z -[f 第9章摄影物镜设计143 *PF=dx<8 9.1摄影物镜的光学特性和像差容差143 vw[i.af 9.2摄影物镜基本类型145 }<qT[m 9.3非球面在物镜设计中的应用151 *g!7PzJ' 9.4天塞型照相物镜的设计(案例)154 OGAC[s~V 9.5超广角监控镜头的设计(案例)159 #0'%51Jcl 9.6大孔径摄影物镜的设计(案例)166 ,@0D_&JAl 9.7变焦摄影物镜的设计(案例)173 XG}9)fT !FHm.E_> 第10章照明系统设计182 %)p?&_ 10.1照明光学系统的设计要求182 p-JGDjR0G 10.2照明光学系统的分类特点183 $#/f+kble 10.3照明光学系统的结构型式184 L{Kl! 10.4非球面聚光照明系统的设计(案例)186
B`wrr8"Rz 10.5基于积分管的匀光照明系统设计(案例)188 yNOoAnGT W c[X:vDUX 第11章现代光学系统设计196 ,WQg.neOA 11.1特殊光学材料简介196 55Ag<\7 11.1.1红外光学材料196 j-TRa,4bN 11.1.2紫外光学材料197 h"t\x}8qq 11.2红外光学系统设计197 %hCd*[Z}j 11.2.1概述197 G*%:"qleT$ 11.2.2中波红外成像物镜的设计(案例)198 (qdvvu#E 11.3紫外光学系统的设计204 @23~)uiZa 11.3.1概述204 Q%n$IQr4gM 11.3.2日盲紫外光学系统的设计(案例)205 *:V+whBY 11.4激光光学系统的设计210 MkX=34oc^ 11.4.1概述210 }0idFotck 11.4.2激光扫描物镜的设计(案例)211 U*:E|'> 11.4.3变波长激光扩束镜的设计(案例)215 'ZAl7k . 11.5太赫兹光学系统的设计221 6 U_P 11.5.1概述221 #dDM
"s 11.5.2太赫兹成像系统的设计(案例)221 U6F1QLSLz 'T(@5%Db 第12章其它类型光学系统设计227 aDda&RM 12.1投影物镜的设计(案例)227 }va>jfy 12.2双远心工业镜头设计(案例)232 B/Z-Cpz] 12.3医用内窥镜物镜设计(案例)238 ?tx."MZ 12.4自由空间光学天线的设计(案例)243 d;.H9Ne 12.5光谱仪衍射系统设计(案例)248 qB5.of[N! cV:Ak~PKl 附录254 /_</m?&.U& 附录AZEMAX优化函数操作数汇总254 -rlCE-S 附录BZEMAX常用多重配置操作数259 }No8t o 附录CZEMAX常用公差设置操作数261 #Fz/}lO 附录D光学材料一览表262 fi [4F 附录E光学制图示例269 y3OF+;E SVBo0wvz- 参考文献274 -{A*`.[v
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