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。 4+bsG6i 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。 9x,+G['Zt
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CgE5;O 目录
BT0hx!Ti 第1章光学系统设计概要1 3/05ee;| 1.1光学设计概念1 lNAHn<ht 1.2光学系统设计要求的提出2 r U5'hK
1.2.1仪器对光学系统的设计要求2 }C}_
I:=C 1.2.2光学系统设计要求示例3 px@\b]/ 1.3光学系统设计流程4 E3.s8}} 1.4光学设计发展与光学软件的关系5 )FPbE^s( 1.4.1光学设计的发展历程5 "
z{w^k 1.4.2光学设计软件6 :LG%8Z{R 4y.[tk5 第2章像差综述8 4pv:u:Z 2.1球差8 H)tDfk sq\ 2.1.1球差及其校正方法8 K(S/D(\
FL 2.1.2球差在ZEMAX中的呈现10 K4~Ox 2.2彗差11 "-%H</ 2.2.1彗差定义及计算11 ?Q2pD!L{ 2.2.2彗差的校正方法12 q#Vf2U55m 2.2.3彗差在ZEMAX中的呈现13 <^{: K` 2.3场曲与像散14 5;Xrf= 2.3.1细光束场曲及其校正方法14 =oJiNM5_u 2.3.2细光束像散及其校正方法16 9_{!nQC.g 2.3.3场曲与像散在ZEMAX中的呈现18 FeLP!oS> 2.4畸变19 L4b4X 2.4.1畸变及其校正方法19 FO$Tn+\ 6 2.4.2畸变在ZEMAX中的呈现20 M='Kjc>e 2.5色差21 3FN? CN] O 2.5.1轴向色差和倍率色差21 I"4B1g 2.5.2色差校正方法24 d.A0(*k, 2.5.3色差在ZEMAX中的呈现24 -f=hL7NW 2.6波像差25 CgC wM=!r 2.6.1波像差概述25 |sz9l/,lG 2.6.2波像差在ZEMAX中的呈现26 -s"lW 7N^ 8vK&d> 第3章ZEMAX中光学系统综合像质评价方式28 k7*q.2 0 3.1垂轴几何像差曲线评价28 bSfQH4F 3.2点列图评价29 tw66XxE 3.3分辨率与点扩散函数评价30 k9n93I|Cm 3.4包围圆能量曲线评价32 R8l9i2 3.5光学传递函数评价33 iY-dM(_:] 3.6杂散光分析与评价35 ,H*3_c&Q Rd)QVEk>SD 第4章典型光学系统方案设计37 "T|\ 4.1开普勒望远镜系统方案设计(案例)37 9&cZIP 4.2生物显微镜系统方案设计(案例)39 \BL9}5y 4.3投影光学系统方案设计(案例)41 <=Qk^Y2k 4.4透镜转像系统方案设计44 jxvVp*-=<j 第5章基于ZEMAX的光学系统设计过程46 5oS\uX| 5.1ZEMAX用户界面简介46 eAMT7 2_ 5.1.1ZEMAX用户界面46 32yNEP{ 5.1.2窗口类型及其操作51 "|if<hx+ 5.1.3快捷键总结53 KXJHb{? 5.2光学系统初始结构的确定54 N"TD$NrK\ 5.2.1镜头选型(案例)54 h.*|4; 5.2.2在ZEMAX中输入初始系统数据(案例)55 :z\STXq 5.2.3像差评估(案例)56 PJ{.jWwD 5.3ZEMAX优化方法与技巧57 2olim1 5.3.1变量设定与ZEMAX优化算法57 D_Y;N3E/rS 5.3.2在ZEMAX中处理光学材料58 $Tg$FfD6& 5.3.3光学系统像差优化技巧60 ;Peyo1 5.4ZEMAX中评价函数的使用61 AN@Vos
Cu 5.4.1构建评价函数操作数的意义61 Z>l>@wN m 5.4.2ZEMAX中默认评价函数的使用61 |{
kB` 5.4.3自定义评价函数操作数要点63 J}JnJV8|G 5.4.4光学系统优化操作(案例)65 kbY@Y,:w 5.5基于ZEMAX的光学系统公差分析67 VZ8L9h<{" 5.5.1光学零件的材料误差68 jkq+j^ 5.5.2光学零件的加工公差68 $dR%8@.H 5.5.3光学系统的公差分析(案例)72 'g#GUSXfj ?@_dx=su 第6章望远物镜设计80 X6)LpMm 6.1望远物镜设计的特点80 D)5wGp 6.2望远物镜的像差公差81 LdOB[W 6.3望远物镜结构类型82 ze-iDd_y 6.4折射式望远物镜的设计(案例)85 U^xFqJY6 6.5反射式望远物镜的设计(案例)91 /?sV\shy 6.6折反射式望远物镜的设计(案例)95 ;c`B' :O7J9K| 第7章显微物镜设计101 )Ii=8etdv 7.1显微物镜设计的特点101 v,jU9D\ 7.2显微物镜的结构类型103 .NKN2 7.3低倍消色差显微物镜的设计(案例)105 \4ZQop 7.4平场消色差显微物镜的设计(案例)111
:9<5GF( {'1,JwSmb 第8章目镜设计118 Nx99dr 8.1目镜系统的特点118 "P6MLf1 8.2目镜的像差公差及设计思路119 7%hMf$KQ 8.3目镜的基本结构类型120 c&Dy{B! 8.4凯涅尔目镜的设计(案例)123 &b_duWs 8.5长出瞳距目镜的设计(案例)128 f c91D]c 8.6广角目镜的设计(案例)133 ~L2Fo~fw 8.7目镜系统的光路翻转(案例)139 YW*ti|u|w :z[SI{Y 第9章摄影物镜设计143 q45n.A6a 9.1摄影物镜的光学特性和像差容差143 t?\osPL 9.2摄影物镜基本类型145 @c.pOX[]m, 9.3非球面在物镜设计中的应用151 MStaP;| 9.4天塞型照相物镜的设计(案例)154 i[B%:q:& 9.5超广角监控镜头的设计(案例)159 M-n +3E9 9.6大孔径摄影物镜的设计(案例)166 D3]_AS&\ 9.7变焦摄影物镜的设计(案例)173 'G&w[8mqY u URf 第10章照明系统设计182 *`kh} 10.1照明光学系统的设计要求182 v"j7},P@ 10.2照明光学系统的分类特点183 EB\\
F 10.3照明光学系统的结构型式184 PH6uP] 10.4非球面聚光照明系统的设计(案例)186 y0xte& 10.5基于积分管的匀光照明系统设计(案例)188 +p2)uXqW "h
"vp&A 第11章现代光学系统设计196 qg_=5s 11.1特殊光学材料简介196 k]Yd4CC2 11.1.1红外光学材料196 [|vdr. 11.1.2紫外光学材料197 QgP
UP[ 11.2红外光学系统设计197 k3&Wv 11.2.1概述197 )/UkJ/}j 11.2.2中波红外成像物镜的设计(案例)198 d4lEd>Ni 11.3紫外光学系统的设计204 bS*9eX=K 11.3.1概述204 s\@!J.Da 11.3.2日盲紫外光学系统的设计(案例)205 xT%CY(:9X 11.4激光光学系统的设计210 +BESO 11.4.1概述210 G=DRz F 11.4.2激光扫描物镜的设计(案例)211 KyjN' F$ 11.4.3变波长激光扩束镜的设计(案例)215 '2eggX% 11.5太赫兹光学系统的设计221 I'JFt>] 11.5.1概述221 4v;/"4)' 11.5.2太赫兹成像系统的设计(案例)221 (f7R~le D ,nF0p 第12章其它类型光学系统设计227 jVr:O` 12.1投影物镜的设计(案例)227 OF}vY0oiw? 12.2双远心工业镜头设计(案例)232
W+e 12.3医用内窥镜物镜设计(案例)238 <%!EI@N 12.4自由空间光学天线的设计(案例)243 z hS\|tI 12.5光谱仪衍射系统设计(案例)248 F8q|$[nH XOU
9r( 附录254 :AL
nm0d 附录AZEMAX优化函数操作数汇总254 Pwf":U) 附录BZEMAX常用多重配置操作数259 EsdA%` 附录CZEMAX常用公差设置操作数261 ~OXPn9qPp 附录D光学材料一览表262 svN&~@l 附录E光学制图示例269 up1kg>i%" +ps(9O/B> 参考文献274 s_/CJ6s
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