Zemax光学设计从基础到实践
本书系统讲解了利用Zemax 2023进行光学设计和仿真分析的各种方法和技巧,主要内容包括光学设计基础、认识Ansys Zemax OpticStudio、初识镜头数据编辑器、光学成像镜头设计、镜头编辑高级操作、光学系统分析、非序列模式设计、几何光学像质评价、物理光学像质评价、光学系统的优化、光学系统公差分析和光学系统设计实例等。本书内容全面实用,循序渐进,实例丰富,且提供全部实例源文件,方便读者上手实践。同时,重点实例配套视频讲解,扫描书中相应的二维码,即可边学边看,学习更加高效。本书非常适合从事光学系统设计、仿真与分析的技术人员自学使用,也可用作高等院校相关专业的教材及参考书。 /~sNx
[attachment=130727] b!(ew`Y;
t<8vgdD 目录 4I"%GN[tA 第1章 光学设计基础 001 :mP%qG9U 1.1 光学系统基础 002 _FpZc?= 1.1.1 光学系统中的概念 002 x?10^~R 1.1.2 理想光学系统 004 ]0[Gc
\h} 1.1.3 近轴系统 005 B=<>OYH 1.2 光学设计概述 006 9)c{L<o}T 1.2.1 光学设计基本原理 006 ~yX8p7qr 1.2.2 光学设计的具体步骤 007 (L`7-6e(Ab 1.2.3 光学设计软件 007 (RXOv"''= 1.3 Ansys Zemax简介 009 ~rnbuIh 1.3.1 Ansys Zemax 软件分类 009 8{0=tOXx{ 1.3.2 Ansys Zemax的功能 011 5hxG\f#}? 1.3.3 启动Ansys Zemax OpticStudio 2023 012 2EO WbN}M 1.3.4 切换语言 013 Bh`Y?S 1.4 Ansys Zemax OpticStudio的帮助系统 014 rE->z 1.4.1 使用目录和索引查找联机帮助 015 y4N8B:j% 1.4.2 使用命令查找联机帮助 017 Rs$fNW@P 1.4.3 使用网络资源 017 [N@t/^gRC 1.4.4 帮助工具 018 ^nO0/nqz] 第2章 认识Ansys Zemax OpticStudio 019 +qPpPjG; 2.1 Ansys Zemax OpticStudio用户界面 020 qS8p )pw 2.2 编辑器窗口 023 ig-V^P 2.2.1 镜头数据编辑器 023 Np2I*l6W 2.2.2 视场数据编辑器 024 ON,sN 2.2.3 窗口操作 027 MWGs:tpL4 2.3 文件操作与管理 029 c+BD37S 2.3.1 新建项目 029 EO.Se9ux 2.3.2 新建设计 030 0f_+h %%= 2.3.3 打开项目 031 3t4i2] 2.3.4 保存文件 032 Xmmb^2I 2.3.5 关闭项目 033 H[WsHq;T+9 2.3.6 文件存档 033 <w,NMu" 2.3.7 文件导出 034 95XQ?% 2.4 工作环境的设置 036 o"kVA;5<G 2.5 系统选项设置 037 Ee~<PDzB 2.5.1 设置系统孔径 037 Jn|sS(Q} 2.5.2 设置视场 040 wo#,c( 2.5.3 设置波长 042 6%-RKQi 2.5.4 设置系统环境 044 eq"
eLk6h 2.5.5 设置偏振 044 24g\xNnt 2.5.6 设置高级选项 045 LL0Y$pHV 2.5.7 设置光线瞄准 046 }]<Ghns 2.5.8 设置材料库 048 i]cD{hv 2.5.9 设置标题和注解 048 _ww>u""B~ 2.5.10 设置文件 049 ~vb yX 2.5.11 设置单位 049 f]_{4Olk 2.5.12 设置成本估计 050 cD%_+@GaU 2.5.13 设置非序列 051 *jf%Wj)0M 2.5.14 实例:新建材料库 051 A,'F`au 第3章 初识镜头数据编辑器 055 +UM%6Z=+ 3.1 镜头数据基本操作 056 \ 4`:~c 3.1.1 单元格操作 056 )X2/_3 3.1.2 输入数据 057 wB(X(nr 3.1.3 行列操作 057 < NRnE8: 3.1.4 切换视图显示 059 ]Pp}=hcD 3.1.5 输入表面参数 060 OGR2Y 3.2 镜头数据设置 061 bo-AM] 3.2.1 表面类型设置 061 CyV2=o!F w 3.2.2 实例:切换双折射透镜光学系统表面 064 X7~^D[X 3.2.3 定义表面注释 067 XsEotW 3.2.4 定义曲率半径 067 _'*Vcu`Y 3.2.5 设置厚度 068 K\trT!I 3.2.6 选择材料 074 V+$^4Ht 3.2.7 实例:凸透镜和凹透镜系统 076 ^\f1zg9I 3.2.8 膜层设置 082 o#Viz: 3.2.9 设置净口径 084 u*S-Pji,x 3.2.10 实例:设置凸凹透镜系统表面孔径 085 cr`NHl/XF 3.2.11 延伸区设置 086 @ *<`*W 3.2.12 机械半直径 087 +^ cjdH* 3.2.13 实例:二元面单透镜系统 087 A"}Ib' 3.2.14 圆锥系数设置 091 KXiStwS 3.2.15 TCE设置 092 %TeH#%[g>\ 第4章 光学成像镜头设计 094 b|DiU} 4.1 光学成像系统 095 Q$*JkwPQ} 4.1.1 物体成像原理 095 iAr]Ed"9| 4.1.2 光学透镜 095 ?u4t; 4.1.3 光阑 096 dJ9v/k_ 4.2 Zemax模型 098 <~Oy3#{ 4.2.1 序列模型 098 V q[4RAd^P 4.2.2 非序列模型 098 lD#S:HX 4.3 光线追迹 099 "(YfvO+ 4.3.1 二维布局图 099 Z VyJ%"(E 4.3.2 三维布局图 103 Vo;0i$ 4.3.3 实例:平行光光学系统设计 104 98rO]rg 4.3.4 实例:双折射透镜光学系统 107 v8y !zo' 4.3.5 实体模型图 110 0F%/R^mw 4.3.6 CAD零件图 112 j0~dJ# 4.3.7 实例:投影仪光学系统 112 E*vh<C 第5章 镜头编辑高级操作 117 b:Tv
Ta 5.1 表面参数设置 118 3(,c^F 5.1.1 设置绘图属性 118 {
V$}qa{P 5.1.2 设置通光孔径 119 ELZ@0, 5.1.3 实例:设置凸凹透镜系统表面参数 120 9]^q!~u 5.1.4 设置表面散射类型 122 F|&%Z(@a 5.1.5 设置表面倾斜和偏心 124 _)Ad%LPsd7 5.1.6 实例:玻璃透镜系统 126 r`Bm"xI 5.2 坐标间断 128 mM2DZ^"j( 5.2.1 选择坐标间断面 128 "!R*f $ 5.2.2 表面旋转偏心 130 8wLGmv^ 5.2.3 转折反射镜 132 8
+mW 5.2.4 实例:反射镜光学系统设计 132 = G>Y9Sc 5.3 表面转换设置 134 f%/6kz 5.3.1 坐标系转换 134 7?ILmYBw 5.3.2 双通系统 135 qV)hCc/ ~ 5.3.3 实例:玻璃透镜双通系统设计 136 \HL66%b[ 5.3.4 复合表面 136 L>n^Q:M 5.3.5 表面翻转 138 zmhAeblA 5.3.6 转换TrueFreeForm表面 138 nH}V:C 5.3.7 改变焦距 139 MP
p 5.3.8 实例:镜头组光学系统 139 4xF}rm 5.4 多重结构设计 143 5Y>fVq{U?; 5.4.1 多重结构编辑器 143 n( 9$)B_y 5.4.2 操作数类型 145 ui80}% 5.4.3 实例:系统孔径多重结构设计 149 DFQ`<r&! 5.4.4 热分析 151 Jow{7@FG 5.4.5 共轭分析 152 F8xu&Vk0: 5.4.6 实例:多重结构共轭分析 152 RREl($$p 第6章 光学系统分析 154 }Xb|Ur43 6.1 光线追迹分析 155 w19OOD 6.1.1 光线追迹过程 155 : cPV08i 6.1.2 单光线追迹 156 7[1VFc#tf 6.1.3 光迹图 156 ~m4LL[ 6.1.4 基面数据 158 ]l}bk] 6.1.5 Y-Ybar 图 159
&MBm1T|Y 6.1.6 渐晕图 159 NNBT.k3) 6.1.7 入射角 vs.像高 160 o QR?H 6.1.8 实例:平行光光学系统光线追迹 160 \j4!dOGZ 6.2 偏振与表面物理分析 163 *G[` T%g 6.2.1 偏振分析 163 xLP8*lvy 6.2.2 表面分析 164 USJ4Z 6.2.3 实例:不规则面光学系统表面分析 165 X([@}ren 6.2.4 膜层分析 168 tm.&k6% 6.2.5 实例:屏蔽蓝光光学系统分析 169 v}=pxWhm 6.3 材料分析 172 BkB9u&s^ 6.3.1 色散图 172 *,
R ~[g 6.3.2 玻璃图 172 _ucixM# 6.3.3 无热化玻璃图 173 OI:T#uk5 6.3.4 透过率曲线 173 e 8^%}\F 6.4 输出报告 174 dKmPKeJM 6.4.1 表面数据报告 174 E)]emeGd 6.4.2 分类数据报告 175 CVZ4:p 6.4.3 实例:1/4玻板光学系统偏振分析 176 X;v{,P=J 6.5 几何像差分析 178 [6?x 6_M 6.5.1 球差 178 fVYv 2 6.5.2 实例:凸凹透镜系统球差分析 179 88}0 4 6.5.3 彗差 179 iZ0.rcQj'o 6.5.4 实例:凸凹透镜系统彗差分析 180 OqX+R4S 6.5.5 像散 181 &zPM#Q 6.5.6 实例:凸凹透镜系统像散分析 181 Q'[~$~&` 6.5.7 场曲 184 '.e5Ku 6.5.8 实例:凸凹透镜系统场曲分析 184 ^y~oXS( 6.5.9 畸变 186 &-x/c\jz 6.5.10 色差 186 +B7UGI 6.5.11 实例:衍射光栅光学系统色差分析 186
dBHki*.u 第7章 非序列模式设计 190 HS|x 7.1 非序列模式 191 M#yUdl7d 7.1.1 非序列元件编辑器 191 NM1TFs2Y* 7.1.2 布局图显示 193 Lve$H(GHT 7.1.3 实例:创建菲涅耳透镜 194 [n +( 7.2 物体编辑 203 ?h8/\~Dw 7.2.1 物体编辑器 203 0.#%KfQ 7.2.2 调整物体位置 205 tfv@
)9 7.2.3 阵列物体 206 (JiEV3GH 7.2.4 实例:阵列透镜 206 >P6U0 7.2.5 合并物体 210 M+4S >Sjw 7.2.6 创建多面体 211 >Lz2zlZI 7.2.7 实例:创建六角形透镜 212 HPK}Z|Vl 7.3 物体属性设置 217 '=IuwCB|; 7.3.1 “类型”选项卡 217 efh 1-3f 7.3.2 “绘图”选项卡 218 "?YpF2pD 7.3.3 “光源”选项卡 219 V.[b${ 7.3.4 “膜层/散射”选项卡 221 QEEX|WM 7.3.5 “散射路径”选项卡 222 'v@1_HHW\ 7.3.6 “体散射”选项卡 222 S1!_ IK$m 7.3.7 “折射率”选项卡 222 *gI9CVfQl 7.3.8 实例:环形镜头 223 FFH{#|_1 7.4 探测器分析 227 ezd@>(hJ 7.4.1 探测器的形状 227 ,=P0rbtK 7.4.2 探测器工具 228 cr{dl\Na 7.4.3 探测器查看器 229 tI2p-d9B 7.4.4 实例:GRIN透镜光学系统 229 @T-}\AU 7.5 非序列光线追迹 236 VE/~tT; 7.5.1 非序列系统光线追迹方法 236 Bc#6mO- 7.5.2 定义光源模型 237 ;"%luQA<w 7.5.3 光线追迹控制 239 C%'eF` 7.5.4 Lightning追迹 240 F#{PJ# 7.5.5 特定光线比对 240 ||?wRMV 7.5.6 单光线追迹 241 td+[Na0d 7.5.7 实例:双折射立方体成像系统 242 hpticW| 第8章 几何光学像质评价 249 2K'}Vm+ 8.1 几何像差分析 250 T0}P 'q 8.1.1 光线像差图 250 ;}k_2mr~ 8.1.2 光程差图 251 " 2@Ys*e 8.1.3 光瞳像差图 252 CY9`HQ1 8.1.4 全视场像差图 252 J~G"D-l<9/ 8.1.5 场曲/畸变 253 p|w;StLy 8.1.6 网格畸变 255 dk2o>jI4; 8.1.7 实例:凸凹透镜系统场曲显示 255 B Zw#ACU 8.1.8 轴向像差 256 yM34G S=,J 8.1.9 垂轴色差 257 /XW,H0pR 8.1.10 色焦移 258 ;D<rGkry 8.1.11 实例:衍射光栅光学系统色差显示 258 vGPaW YV 8.1.12 赛德尔系数 260 z~a]dMs"(P 8.1.13 塞德尔图 261 ?r~](l 8.2 点列图分析 262 9$'Edi=6 8.2.1 标准点列图 262 F[OBPPQ3 8.2.2 离焦点列图 265 kC[nY 8.2.3 全视场点列图 265 m;I;{+"u 8.2.4 矩阵点列图 266 qsL6*(S(r 8.2.5 实例:凸凹透镜系统点列图分析 267 ~
.Eln+N 8.3 波前差分析 268 >:P3j<xTv 8.3.1 波前图 268 gM3gc; 8.3.2 干涉图 269 }~5xlg$B<< 8.3.3 实例:凹凸透镜系统球差显示分析 271 DSHpM/7 8.3.4 傅科分析 273 /7zy5 8.3.5 对比度损失图 274 s/'gl 8.3.6 Zernike系数 276 ]t3
NA*mM 8.3.7 Zernike系数vs.视场 276 Sq==)$G 8.3.8 实例:凹凸透镜系统球差定量分析 277 J XnPKAN 第9章 物理光学像质评价 279 gf2w@CVF>= 9.1 点扩散函数 280 @.iOFY 9.1.1 FFT算法 280 ]QU52R@M 9.1.2 惠更斯算法 283 E]Hl&t/} 9.2 MTF分析 284 !ZV#~t:) 9.2.1 FFT算法 284 aa1XY&G"! 9.2.2 惠更斯算法 287 QX~*aqS3s8 9.2.3 高斯求积算法 288 9tC8|~Q 9.2.4 实例:偶次非球面光学系统 289 P-`^I`r 9.3 RMS分析 292 |qNrj~n@ 9.3.1 RMS vs.视场 292 $Y0bjS2J 9.3.2 二维视场RMS图 293 A1f]HT 9.3.3 实例:衍射光栅光学系统RMS分析 294 jIc;jjAF 9.4 能量集中度分析 296 IJXH_H_%* 9.4.1 衍射 296 E(U}$Zey 9.4.2 几何 297 (*fsv
g~ 9.4.3 几何线/边缘扩散 298 AQ
7e 9.4.4 扩展光源 299 c)E[K-u 9.4.5 实例:双折射透镜光学系统能量集中度分析 299 cmN0ya 9.5 图像扩展分析 300 P [nWmY 9.5.1 图像模拟 301 mLY * 9.5.2 几何图像分析 302 <p0$Q!^dK= 9.5.3 几何位图图像分析 304 |H_)u 9.5.4 部分相干图像分析 305 (\/HGxv 9.5.5 扩展图像分析 306 Yhw* `"X 9.5.6 相对照度分析 307 rrwsj` 9.5.7 实例:光学系统图形模拟分析 308 3Ob"r` 9.6 激光传播 309 j*:pW;)^ 9.6.1 物理光学传播分析 309 kdYl>M 9.6.2 高斯光束 312 UXk8nH 9.6.3 光纤耦合 314 ^]R0d3?>\ 9.6.4 实例:近轴面光学系统全面衍射光学分析 315 :M[E-j; 第10章 光学系统的优化 317 rw\4KI@ L 10.1 光学系统优化设计的过程 318 r&3fSx9 10.2 手动调整 318 <7]
z'
10.2.1 快速聚焦 318 #=.h:_9 10.2.2 快速调整 319 'qd") 10.2.3 滑块控件 319 Xp?Z;$r$ 10.2.4 可视化优化器 320 c\b>4 &n 10.2.5 实例:不规则面光学系统手动调整 321 3MzY]J
y( 10.3 自动优化 322 rzBWk 10.3.1 评价函数编辑器 322 :A{-^qd( 10.3.2 评价函数操作数 323 6HqK%( 10.3.3 优化向导 325 d<3"$%C 10.3.4 执行优化 327 \4p<;$' 10.3.5 实例:凹凸透镜系统球差自动优化 328 ^c7L!F 10.4 全局优化 331 Nb9pdkf0 10.4.1 全局优化 332 er#=xqUY 10.4.2 锤形优化 332 J;kbY9e 10.4.3 玻璃替换模板 333 +{w&ksk 10.5 优化工具 333 L
wu;y@[ 10.5.1 寻找很好非球面 333 ,`7GI*Vq 10.5.2 非球面类型转换 334 6e*b;{d 10.5.3 库存镜头匹配 334 2$ rq 10.5.4 样板匹配 335 Le'\x`B 10.5.5 样板列表 336 7f$Lb,\y 第11章 光学系统公差分析 337 1<p"z,c 11.1 公差分析概述 338 mHMej@ 11.2 公差分析方法 339 09?<K)_G 11.2.1 公差数据编辑器 339 3U`.:w` 11.2.2 公差分析向导 340 rh
l5r"% 11.2.3 执行公差分析 342 IyuT=A~Ki 11.2.4 实例:凹凸透镜系统公差分析 345 Q}T9NzOH% 11.3 快速公差分析 347 *j*
WE\ 11.3.1 快速灵敏度分析 347 ~GeYB6F 11.3.2 快速良率分析 347 D{l((t3=T 11.3.3 实例:凹凸透镜系统快速公差分析 348 z,7^dlT 11.4 公差数据可视化 349 MnI $% 11.4.1 公差数据查看器 349 .2P?1HpK 11.4.2 直方图分析 350 Vwqfn4sx?i 11.4.3 良率分析 351 ^Bb_NcU 11.5 加工图纸与数据分析 351 !!86Sv 11.5.1 ISO元件图 352 >g2B5KY 11.5.2 Zemax元件制图 352 7GUJ&U)J 11.5.3 实例:二元面系统光学加工图 353 N
[u
Xo 第12章 光学系统设计实例 356 M5V1j(URE 12.1 目镜设计 357 A!kyga6F5 12.1.1 定义初始结构 357 K0g:Q*J- 12.1.2 球差显示分析 360 I@ k8^ 12.1.3 球差定量分析 361 +;Gl>$ 12.1.4 系统自动优化 362 c" 7pf
T 12.1.5 图形模拟分析 364 @^%_ir( 12.2 光纤耦合光学系统设计 365 iFA"m;$ 12.2.1 初始结构设计 366 dL`
+^E> 12.2.2 光纤耦合 371 J4g;~#_19 12.2.3 多重结构设计 371 |7$h@KF=S 12.3 奥夫纳中继器光学系统设计 372 hI8C XG 12.3.1 定义初始结构 373 NLl~/smMS 12.3.2 系统优化 375 G~L?q~b 12.3.3 波前数据分析 378 ?Q3~n ^ 参考文献 380 Fc~w`~tv
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